Brevet FR2641057A1 — publié le 19900629

TETE DE COMBUSTION POUR BRULEUR A GAZ, OU BRULEUR MIXTE A GAZ ET MAZOUT, ET BRULEUR EQUIPE D'UNE TELLE TETE. L'invention est relative 9 une tete de combustion pour broyeur à gaz, ou brûleur mixte å gaz et mazout, du genre de celles qui comprennent une enveloppe extérieure (ou embout) sensiblement cylindrique ouverte à une extrémité où s'établit une flamme et fermee à l'extrémité opposée ou sont prevues une arrivée de combustible et une arrivée d'air, plusieurs injecteurs de gaz étant disposés å l'intérieur de cette enveloppe (ou embout) et étant constitués par des éléments tubulaires d'axe sensiblement parallèle b celui de l'enveloppe et répartis autour de ce dernier, lesdits éléments tubulaires comportant des trous de sortie pour le gaz vers ladite extrémité ouverte, un déflecteur étant en outre prévu vers cette extrémité, ce déflecteur étant formé par une sorte de plateau dont le plan moyen est sensiblement orthogonal 9 I'axe de l'enveloppe, ledit plateau étant muni d'ouvertures, tandis qu'un espace annulaire pour le passage d'air secondaire existe entre la périphérie du déflecteur et la surface interne de l'enveloppe. On sait que le déflecteur joue un rôle important dans une telle téte de combustion. Il sert tout d'abord A homogénéiser le mélange combustible/comburant, l'injection de gaz s'effectuant en amont du déflecteur, le sens consideré étant le sens d'êcoulement du gaz.Le déflecteur a également pour role de stabiliser la flamme : pour cela, en général, I'injection du gaz s'effectue juste en amont du déflecteur et la position du déflecteur est fixe par rapport å celle des injecteurs de gaz car le déplacement du déflecteur par rapport å ces injecteurs entraine une instabilité de la combustion avec décollement de la flamme, ou combustion à l'amont du déflecteur lequel risque alors de brûleur. Le déflecteur intervient enfin dans le reglage du rapport air primaire/air secondaire, ce réglage dependant de la position axiale du déflecteur. Or, dans le cas des bru leurs a gaz, les raisons évoquées précédemment conduisent à maintenir fixe le déflecteur par rapport aux injecteurs gaz, ce qui empéche d'avoir un réglage optimal du rapport air primaire/air secondaire pour les différents niveaux de puissance de fonctionnement du brûleur. L'invention a pour but, surtout, de fournir une tête de combustion du genre défini précédemment dont l'agencement permette le déplacement du déflecteur, suivant la direction axiale, par rapport aux injecteurs de gaz, sans nuire a la stabilité de la flamme et sans provoquer une détérioration rapide du deflecteur, de sorte que le rapport air primaire/air secondaire puisse être réglé à volonté, notamment suivant le niveau de puissance de fonctionnement- du brOleur. Selon l'invention, une tête de combustion pour brûleur à gaz, ou brûleur mixte a gaz et mazout, du genre défini precedemment, est caractérisée par le fait qu'une partie des injecteurs de gaz a une longueur suffisante pour permettre d'injecter le gaz en aval du aéflecteur. tandis que l'autre partie des injecteurs a une longueur plus faible de manière à injecter le gaz en amont de ce deflecteur, ce dernier étant réglable, suivant la direction axiale, entre une position reculée ou les extrémités des injecteurs les plus courts se trouvent juste en amont dudit déflecteur et une position avancée où les extremités des injecteurs les plus longs se trouvent juste en aval. Le rapport des débits amont-aval est adapté aux caracteristiques géométriques de la tête de combustion. On a constaté. d'une manière surprenante, qu'avec un tel agencement la stabilité de la combustion était maintenue même si le déflecteur est déplacé axialement dans les limites indiquées. Avantageusement, un espace annulaire est prévu autour de l'extrémité des injecteurs les plus longs pour permettre le balayage de cette extrémité par une partie de l'air de combustion. Généralement, le déflecteur comporte des trous de passage qui sont traversés par les extrémités dec injecteurs les plus longs propres å injecter le gaz en aval du déflecteur. Le diamètre des trous de passage est de préférence supérieur à celui de l'extrémité des injecteurs de manière à créer le sus di t espace annulaire servant au balayage Les injecteurs les plus longs, pour l'injection en aval du déflecteur, peuvent comporter au moins une ouverture d'injection suivant la directon sensiblement axiale, tandis que l'extrémité des injecteurs plus courts est fermee, ces injecteurs compcrtant des sorties dans leurs parois latérales pour une Injection radiale Avantageusement, les injecteurs destinés a l'.njection en aval du déflecteur sont constitués c élément tubulaires munis d'un prolongement à leur extrémité voisine du déflecteur, tandis que les injecteurs pour l'injection en amont sont constitués par des éléments tubulaires de méme longueur que les éit-ments. tubulaires des Injecteurs en aval. La tête de combustion peut comporter des moyens d'asservissement de la position du de'lecteur,suivant la direction axiale, en fonction de la puissance athermique instantanée du briseur. L'enveloppe de la tête de coir-ustion peut comporter, vers son extrémité ouverte. des ailettes radiales intérieures, régulièrement reparties, servant d'appui et de guidage, par leurs bords interieurs, au déflecteur. Ce déflecteur peut avoir une forme plate ou tronconique dont la concavité est tournée vers l'extérieur de la téte, la bordure extérieure du déf lecteur étant avantageusement constituée par une partie cylindrique. Le déflecteur est avantageusement porté par un tube, orienté suivant l'axe de l'enveloppe et dont la position est réglable, suivant cet axe, depuis l'extérieur de l'enveloppe, notamment å l'aide d'un bcuton de réglage. Dans le cas d'une tête de combustion pour bru leur mixte à gaz et å mazout, l'injecteur de mazout ect porte par le tube axial et le déflecteur est lié à l'injecteur de mazout, I'ensemble de l'injecteur de czout et du déflecteur pouvant étre déplacé, suivant la direction axiale, relativement aux injecteurs de. ga. L'invention est également relative a un bruleur a gaz équipé d'une tête de combustion telle que définie précédemment, ainsi qu'a un bruiteur mixte a gaz et a mazout, équipé d'une telle tête de combus tIn dans laquelie l'injecteur de mazout est disposé suivant l'axe de l'enveloppe (ou embout) et entouré ta les tubes injecteurs de gaz, l'injection de mazout s'effectuant en amont du déflecteur, lequel comporte une ouverture centrale. L'invention consiste, mises å part les d spositions exposes ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus expiicitement qestion ci-après à propos de modes de réalisation particuliers décrits avec référence aux dessins ciannexés, mais qui n'ont aucun caractère limitatif. La figure 1, de ces dessins, est une coupe axiale d'une tête de combustion pour bru leur a gaz, selon l'invention. La figure 2, enfin, est une tête de combustion pour brûleur mixte à gaz et à mazout. En se reportant à la figure 1 des dessins, o peut voir une texte de combustion 1 pour brûleur à gaz comprenant une enveloppe extérieure (ou embout) 2 sensiblement cylindrique ouverte å une extrémité 3 où s'établit la flamme. L'enveloppe (ou embout) 2 est fermée 9 son extrémité opposée 4 par une sorte de boîtier (ou carter) 5 sur lequel ladite enveloppe (ou embout) est fixée, notamment par des vis, traversant une colleerette 6 faisant saillie vers l'extérieur, prévue a lajite extrémité 4. Ladite extrémité 4 communique avec le volume intérieur du boîtier (ou carter) 5 par un passage 7 dont le diamètre est égal au diamètre irterne de l'enveloppe ou embout) 2. Le bottier sou carter) 5 comporte une arrivée radiale 8 d'air de cpmbustion. La paroi de fcnd du boitier (ou carter) 5 éloignée de l'enveloppe cc embout) 2 comporte une ouverture fermée par une pièce tou couvercle) 9 sensiblement en forme de piate3u circulaire bordée par un conduit torique î a section transversale sensiblement rectangulaire. Ce conduit 10 est relié a une arrivée de gaz (non visibie sur le dessin) et permet de distribuer le gaz de combustion à divers orifices 11, régulièrement repartis, autour de l'axe du plateau 9. Des manchons 12, coaxiaux aux orifices 11, scnt prévus sur le plateau , en saillie dans le boîtier (ou carter) 5. Des injecteurs de gaz 13, 14 comprenant des éléments tubulaires 15, 16 d'axes senciblement paralleles a celui de l'enveloppe 2, sont montés dans ces manchons 12. Les éléments tubulaires 15. 16 s'étendent depuis le plateau (ou couvercle ) 9, vers I 'extrémité ouverte 3. Un déflecteur 17 formé par une sorte de plateau tronconique tournant sa concavité vers l'extérieur est prévu vers l'extrémité 3. Ce déflecteur est muni d'ouvertures radiales (non visi bleus sur le dessin) permettant le passage de l'air et du gaz. Une collerette cylindrique 18 est prévue à la périphérie de ce déflecteur, tandis que des ailettes 1 faisant saillie radialement vers l'intérieur sont ménagées dans l'enveloppe 2, vers ladite extremité 3, pour assurer un centrage et un guidage du déflecteur 17. Un espace annulaire 2 est ainsi formé entre le déflecteur 17 et la surface interne de l'enveloppe 2, pour le passage d'air secondaire. Le déflecteur 17 comporte en outre une ouverture centrale 21. Comme visible sur la figure 1, selon l'invention, une partie des injecteurs de gaz tels que 14 a une longueur suffisante pour permettre d'injecter le gaz en aval du déflecteur 17, suivant le sens d'écoulement du gaz, tandis que l'autre partie des injecteurs 15 a une longueur plus faible de manière à infecter le gaz en amont de ce déf lecteur. Le déflecteur 17 est réglable, suivant la c rection axiale, entre une position reculée représentée en trait plein sur la figure i, ou les extrémités des injecteurs 15 les plus courts se trouvent juste en amont de ce déflecteur et une position avarice représentée en traits mixtes, sur cette mêr.:e figure 1, où les extrémités des injecteurs 16 les plus longs se trouvent juste en aval dudit déflecteur. La course de réglage possible est représentée par la distance 1, qui est avantageusement de l'ordre de 15 à 2 mm. Le déflecteur 17 est maintenu par un support e étoile 22, laissant des passages libres dans l'ouverture 21, ce support 22 étant fixé å l'extrémité d'un tube 23 de diametre extérieur relativement réduit, disposé suivant l'axe de l'enveloppe (ou embout) 2 et traversant le centre du plateau (ou couvercle) 9 ; ce tube 23 est monté de manière réglable, suivant la direction axiale, le réglage étant assuré à l'aide d'un bouton rotatif 24 et d'un système à visiecrou non visible sur le dessin. Une electrode 25 est prévue au voisinage du déflecteur 17, en amont de ce dernier, pour l'allumage du mélange air-gaz.L'électrode 25 reste fixe par rapport au dé lecteur 17 et se déplace donc avec ce dernier. L'élément tubulaire 16 d'un injecteur 14 a mee longueur que l'élément tubulaire 15 d'un injec tejr 13 ; toutefois, l'élément tubulaire 16 est pro lorgne, à son extrémité éloignée du plateau tou couvercle) 9, par un embout tubulaire 26 engagé dans l'extrén.ité ouverte de l'élément tubulaire 16. De la scrte, la longueur totale de l'injecteur 14 est supérieure a ceile de l'injecteur 13. L'extrémité de l'élément tubulaire 15, voisine du déflecteur 17, est fermée par une paroi transversale 27, tandis que des trous de sortie 28 ta savoir des orifices de sortie circulaires ou rectangu lares sont prévus dans la paroi latérale de l'e lément tubulaire 15 pour une injection radiale du ges. L'embout tubulaire 26 ect, soit ouvert a son exrrémite 29 de telle sorte que l'injection du gaz en aval du déflecteur 17 s'effectue suivant une direction sensiblement axiale, soit fermé a son extrémité 29 de telle sorte que des orifices de sortie, circulaires ou rectangulaires, guident l'injection de gaz suivant une direction radiale. Le déflecteur comporte des trous de passage 3e qui sont traversés par les injecteurs les plus lcr.gs 14. Le diamètre de ces trous 30 est supérieur au diamètre de la partie de l'injecteur 14, à savoir l'embout 26 dans le cas considéré, qui traverse le trou 3, de manière qu'un espace annulaire libre 31 entoure l'embout 26 et permette un balayage de l'extrémité du déflecteur 14 par l'air de combustion provenant de l'arrivée 8. Ce balayage contribue à refroidir l'extrémité de l'injecteur 14 pour augmenter sa durée de vie. Le cas échéant, on peut prévoir des moyens d'asservissement (non représentés) de la position axiaie du déflecteur 17 en fonction de la puissance ther mique du brûleur. Dans ce cas, le bouton de réglage 24, destiné a être actionné manuellement, serait remplacé par un moteur électrique asservi propre à com marder la position axiale du déflecteur 17 par exemple e fonction du débit de gaz qui est une image de la puissance thermique du brûleur. Il sera ainsi possible d'optimiser le rapport air primaire/air secondaire se:on la puissance du brûleur, pour assurer le meil JeJr rendement. D'une manière générale, la tete de combustion conforme a l'invention permet de déplacer le déflecteur 17 par rapport aux injecteurs de gaz, afin d'cptimiser le réglage air primaire/air secondaire sa--s entrainer d'instabilité de la combustion, c'està-dire un décollement de la flamme ou une combustion à i s amont du déf lecteur. Ce résultat surprenant est dû à la caractéristique principale selon laquelle un certain nombre d'injecteurs de gaz 14 débouche en aval du delecteur et permet de stabiliser la flamme en aval. On a constaté, en outre, qu'à puissance thermique constante, la répartition de l'injection du gaz a l'amont et å l'aval du dêf lecteur 17 permet de réduire ie niveau sonore de combustion du bru leur. Le pius, le fait d'étager l'injection du gaz cans ia zone oe combustion, grace a cette répartition de l'injection, permet de réduire la température de la flamme en diminuant la densité d'énergie développée dans la zone et donc de réduire la formation d'oxydes d'azote NOX. Le rapport des débits amont-aval est adapté aux caractéristiques géométriques de la téte de combustion utilisée. Les injecteurs les plus longs 14 sont en principe régulièrement répartis autour de l'axe de la tête, de meme que les Injecteurs 13 les plus courts. Dans le cas d'une tête comportant six injecteurs, il serait possible de prévoir deux injecteurs 14 diamétralement opposés et deux groupes de deux injecteurs 13 disposés de part et d'autre du plan passant par les axes des injecteurs 16. En se reportant à la figure 2 on peut voir une tête de combustion la mixte a gaz et à mazout. Les éléments de cette tette identiques a des élements déja decrits à propos de la figure 1 sont désignés par les wemes références numériques sans que leur description soit reprise. La principale différence entre la tête la de la figure 2 et la tête 1 de la figure 1, réside dans le fait que la téte la comporte un injecteur de mazout ccaxial 9 la tête la. Cet injecteur 32 est monté à l'extrémité du tube 23 dans lequel circule ie mazout. Le déflecteur 17 est réglé de manie fixe par rapport a i'injecteur de mazout 32, une liaison 33 etant schématiquement représenté entre le support de l'injecteur 32 et le déflecteur 17. L'ensemble du åéflecteur 17 et de l'injecteur 32 peut étre déplacé axialement par-rap pcrt aux injecteurs de gaz 13, 14. Ainsi, dans une tete de combustion conforme å l'invention, le réglage du rapport combustible/comburant sera obtenu de manière clas- situe, en agissant sur un volet réglant le débit d'air du bru leur à travers l'entrée 8, tandis que le débit de gaz ou de mazout est maintenu constant en fixant la pression d'alimentation du combustible par un régulateur de pression et en faisant circuler ce combustible à travers un circuit à perte de charge constante. Le réglage du volet d'air sera complété par un déplacement de la position du déflecteur 17 dans ilembout de la tête de combustion afin de contrôler la répartition des debits d'air primaire et d'air secondaire. REVENDICATIONS 1. Tete de combustion pour bradeur à gaz, ou brûleur mixte t gaz et mazout comprenant une enveloppe extérieure (2) sensiblement cylindrique ouverte t une extrémité (3) où s'établit une flamme et ferme t l'extrémité opposée (4) où sont prévues une arrivée de combustible et une arrivée d'air, plusieurs injecteurs de gaz (13, 14) étant disposés à l'intérieur de cette enveloppe (2) et étant constitués par des éléments tubulaires (15, 16) d'axe sensiblement parallèle a celui de l'enveloppe et répartis autour de ce dernier, lesdits éléments tubulaires (15, 16) comportant des trous de sortie (28) pour le gaz vers ladite extrémité ouverte (3), un déflecteur (17 > étant en outre prévu vers cette extrémité, ce déflecteur (17) étant formé par une sorte de plateau dont le plan moyen est sensiblement orthogonal à l'axe de l'enveloppe, ledit plateau étant muni d'ouvertures, tandis qu'un espace annulaire (20) pour le passage de l'air secondaire existe entre la périphérie du déflecteur (17) et la surface interne de ltenveloppe (2 > . caractérisée par le fait qu'une partie (14) des injecteurs de gaz a une longueur suffisante pour permettre d'injecter le gaz en aval du déflecteur (17), tandis que l'autre partie (Z3) des injecteurs a une longueur plus faible de tanière t injecter le gaz en amont de ce déflecteur (17), ce dernier étant réglable, suivant la direction axiale, entre une position reculée où les extrémités des injecteurs les plus courts (13) se trouvent juste en amont dudit déflecteur et une position avancée où les extrémités des injecteurs les plus longs (14) se trouvent juste en aval. 2. Tete de combustion selon la revendication 1, caractérisée par le fait quelle rapport des debits amont-aval est adapte aux caractéristiques geometriques de la tete de combustion. 3. Tette de combustion selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les injecteurs les plus longs (14) sont régulièrement répartis autour de l'axe de la tete, de même que les injecteurs les plus courts (13). 4. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'un espace annulaire (31) est prévu autour de l'extrémité des injecteurs les plus longs (14) pour permettre le balayage de cette extrémité par une partie de l'air de combustion. 5. Tête de combustion selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le déflecteur (17) comporte des trous de passage (30) qui sont traversés par les extrémités des injecteurs les plus longs (14) propres à injecter le gaz en aval du déflecteur, le diamètre des trous de passage (3) étant supérieur à celui de l'extrémité des injecteurs (14) de manière t créer le susdit espace annulaire (31) 6. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les injecteurs les plus longs (14), pour l'injection en aval du déflecteur, comportent au moins une ouverture (29) d'injection suivant la direction sensiblement axiale, et que les Injecteurs plus courts comportent des sorties dans leurs parois latérales pour une injection radiale du gaz. 7. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les injecteurs (14) destinés à l'injection en aval du déflecteur (17) sont constitués d'éléments tubulaires (15) munis d'un prolongement (26) à leur extrémité voisine du deflecteur, tandis que les injecteurs (13) pour l'injection en amont sont constitués par des éléments tubulaires (15) de même longueur que les éléments tubulaires des injecteurs en aval. 8. Tete de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens d'asservissement de la position du déflecteur (17), suivant la direction axiale, en fonction de la puissance thermique instantanée du brûleur. 9. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications precédentes, caractérisée par le fait que le déflecteur (17) est porté par un tube le. Tête de combustion pour brûleur mixte à gaz et à mazout, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'injecteur de mazout (32) est porté par le tube axial (23) et le déflecteur (17) est li t l'injecteur (32) de mazout, l'ensemble de l'injecteur de mazout et du déflecteur pouvant être déplacé, suivant la direction axiale, relativement aux injecteurs de gaz. 11. Brûleur t gaz, ou à gaz et à mazout, caractérisé par le fait qu'il est équipé d'une tete de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes.