Brevet FR2629900A1 — publié le 19891013

La présente invention est relative à des perfectionnements apporte aux brûleurs auto-récupérateurs et plus particulierement aux brûleurs pour tube- radiants. De nombreux traitements thermiques sont effectués dans une enceinte dont l'ambiance est portée à une température élevée. Dans de nombreuses applications, l'apport calorifique å cette enceinte s'effectue généralement å l'aide de moyens connus sous le nom de "tubes radiants" qui sont constitués par des tube traversés par un me lange gazeux en combustion et qui transmettent les calories a l'enceinte par rayonnement. Les tubes radiants comportent un brûleur å leur extrémité amont, alimenté par un mélange gazeux (air + gaz combustible) et 1d plus souvent un récupérateur à leur extrémité aval, ce recupérateur étant conçu de manière à réchauffer l'air comburant à partir des calories récupérées sur les produits de la combustion du brûleur. Pour mieux faire comprendre le domaine technique auquel se réfère l'invention, on a représenté respectivement sur les figures 1 et 2 des dessins annexés une vue partielle simplifiée d'une enceinte de traitement thermique de type connu chauffée par tubes radiants et un brûleur. pour de tels tubes, ce dernier étant représenté en coupe axiale verticale. Comme on le voit sur la figure 1, l'enceinte 10 du four de traitement thermique est chauffée par un faisceau de tubes radiants 12 parcourus par le me lange gazeux en combustion fourni par un brûleur 14 alimente par un mélange gazeux air + gaz. L'installation comporte en outre un récupérateur 16 pour préchauffer l'air délivré au brûleur 14 en utilisant les calories des produits de la combustion. Le brûleur 14 de type connu est illustré par la figure 2. Les températures habituelles d'emploi Diverses solutions ont déJà été envisagées pour réduire les émissions de Jo thermique par la combustion. On pourra notamment se reporter au brevet américain 4 351 632 qui décrit un brûleur particulier pour la réduction des émissions de BOX. Les réalisations connues apportent certes une solution au problème exposé ci-åessus mais elles présentent généralement l'inconvéniett de compliquer la structure des brûleurs, donc d'en augmenter le prix de revient La presente invention se propose d'apporter une solution simple, économique. et fiable. En conséquence, l'invention a pour objet un brûleur auto-récupérateur. notamment pour tubes radiants assurant le chauffage d'une enceinte de traitements thermiques, conçu de façon à réduire les émissions d'oxydes d'azote, caractérisé en ce qu'il comporte une trompe à induction qui assure une réinjection d'une partie des fumées, par l'utilisation de l'énergie disponible soit dans le cdmbustible soit dans le comburant. Selon un mode de réalisation de l'invention, le fluide moteur, constitué soit par le gaz combustible soit par l'air de combustion, est injecté dans la trompe à induction å l'aide d'une buse motrice, la manche d'aspiration étant reliée à la conduite d'évacuation des fumees en aval du récupérateur, de manière qu'une partie des fumées soit induite et mélangée dans le col de la trompe avec le fluide moteur. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexes qui en illustrent. divers exemples de realisation dépourvus de tout caractere limitatif. Sur les dessins - Les figures 1 et 2 illustrent l'état anterieur de la technique decrit ci-dessus - La figure 3 est une vue schématique, similaire à la figure 1, représentant une enceinte de traitement thermique chauffée par tubes radiants par l'intermédiaire d'un brûleur selon l'invention. - Les figures 4 à 7 illustrent divers exemples de realisation du brûleur selon la présente invention, en coupe axiale longitudinale et - Les figures 8 à 9 sont des courbes illustrant les résultats obtenus par la mise en oeuvre de l'invention par rapport à diverses solutions antérieures. En se référant aux dessins et tout d'abord aux figures 3 et 4, on voit que le brûleur auto-récuperateur selon l'invention, désigné dans son ensemble par la référence 14 comporte une trompe à induction 18 dans laquelle le fluide moteur est injecté par une buse motrice 20. Le fluide moteur peut être soit le comburant, c'est a dire l'air de combustion, soit le combustible. Dans l'exemple illustré par la figure 4, le fluide moteur est constitué par le gaz combustible qui est donc injecte grâce à la buse 20.Une partie des fumées amenees au brûleur 14 par la conduite 22 (figure 3) est donc réinfectée dans le brûleur grave a l'énergie disponible dans le gaz combustible La manche d'aspiration 24 (figure 4) est reliee par la conduite 22 ou par des orifices, au conduit d'évacuation de: fumées 26, en aval du récuperateur 16. Ainsi, une partie des fumees est induite dans le brûleur et elle est mélangée dans le col de la trompe à induction 18 avec le fluide moteur, constitué ici par le gaz. Grâce à l'invention, le brûleur 14 qui, par ailleurs, reste pratiqueaer.t inchangé, reçoit un fluide, combustible ou comburant, dilué avec des fumée aspirées en aval du récupérateur 16. Ainsi -la réinjection des fumees dilue l'air de combustion, il en resulte un appauvrissement en oxygène et une diminution ce la température de la flamme, ces deux variations étant toutes les deux favorables à une emission d'oxydes d'azote. L'invention peut s'appliquer à tous les types de brûleurs. Sur la figure 5, on a représenté un brûleur pour tubes radiants a une seule extrémité ten doigt de gants) dans lequel le mélange en combustion effectue l'aller et retour dans deux tubes concentriques. Le brûleur 14; et le récuperateur 16' sont concentriques et se trouvent à l'extrémité ouverte du tube radiant. Dans cet exemple de réalisation, le fluide moteur de la trompe à induction 18 est encore constitue par le gaz combustible injecté par la buse motrice 20 et une partie des fumées evacuees par la conduite 24 est aspirez par induction dans le brûleur au travers de l'orifice 28. Dans la variante illustrée par la figure 6, le fluide moteur de la trombe 18 est constitué par le comburant, c'est å dire par l'air de combustion et dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 7, le brûleur est & feu direct. On comprend que l'invention peut être appliquée & tous types de brûleurs pour tubes radiants ou feu direct, suffisamment proches d'un récupérateur ou d'un collecteur des fumées capable de fournir les fumees å recycler. Les figures 8 et 9 illustrent clairement les résultats obtenus avec les brûleurs selon l'invention. Sur la figure 8 on a représenté l'émission d'oxydes d'azote (TNOx) dans les fumées en fonction de la température de préchauffage de l'air de combustion (air). Les valeurs de JOx mesurées dans les fumées en % (mgNO2/m N fumées séchées avec 3 Z d'O:-.-) figurent å côté de chaque point. Les températures moyennes des tubes radiants sont comprises entre 950 et 1000-C. La courbe A est relative à un brûleur conventionnel du type décrit cidessus en référence a la figure 2. La courbe B est relative à un brûleur de type connu a melange etagé et Les courbes C et D sont relatives à des brûleurs selon l'invention ave recyclage des fumées (respectivement 20 % et 28 X). Sur la figure 9, on peut voir les émissions d'BOx (TNOx) dans les fumées, relevées dans les mimes conditions qu' & la figure 8, en fonction de la quantite de fumées recyclées (Q %) dans les brûleurs, à diverses températures d'air de combustion. Les temperatures moyennes des. tubes radiants sont comprises entre 950 et 1000-C. Sur les différentes courbes, la temperature de préchauffage de l'air figure à côte de chaque point. Le taux d'oxygéne dans les fumées est compris entre 2,9 et 3,2 %. L'examen des figures 8 et 9 montre qu'outre une diminution spectaculaire des émissions d'oxydes d'azote, NOx, le recyclage des fumées permet d'obtenir des distributions de température le long du tube radiant, beaucoup plus homogènes que celles obtenues avec des brûleurs conventionnels. il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux divers exemples de réalisation decrits et représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1- Bruleur auto-récuperateur notamment pour tubes radiants, assurant le chauffage d'une enceinte de traitements thermiques et qui est conçu de maniere-a réduire les émissions d'oxydes d'azote, caractérisê en ce qu'il comporte une trompe à induction (18) qui assure une réinjection d'une partie des fumées par l'utilisation de l'énergie disponible soit dans le combustible, soit dans le comburant. 2- Brûleur auto-récuperateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide moteur de ladite trompe å induction est constitué par le gaz combustible. 3- Brûleur auto-récupérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide moteur de ladite trompe à induction est constitué par l'air de combustion. 4- Brûleur auto-récupérateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que le fluide moteur est injecté dans la trompe à induction (18) b l'aide d'une buse motrice (20!f la manche d'aspiration (24; étant reliée à la conduite d'évacuation des fumees (26,, en aval du récupérateur (r6) pour qu'une partie de ces fumées soit induite et mélangée dans le col de la trompe avec le fluide moteur.