Brevet FR2728655A1 — publié le 19960628

La présente invention est relative à un brûleur du type à mélange externe. Le traitement de certains déchets industriels par incinération à l'oxygène est actuellement considéré comme une voie très prometteuse. Les déchets, sous forme d'un gaz, d'un liquide, ou d'une mousse, contenant éventuellement des additifs convenables, sont envoyés dans un brûleur alimenté par deux l'oxygène pur, ou du moins à teneur élevée. On connait par exemple un procédé mis au point pour traiter certains effluents aqueux provenant du lessivage de générateurs de vapeurs de centrales nucléaires, mais qui peut avoir bien d'autres applications. Ce procédé consiste à disperser le déchet à incinérer dans une solution aqueuse contenant un agent tensioactif ainsi que, le cas échéant, un carburant, à transformer cette solution en une mousse légèrement pressurisée, et à transférer cette mousse dans un four cyclone en la faisant passer dans un brûleur à oxygène. Les avantages de l'emploi de l'oxygène dans un brûleur sont connus: possibilité d'obtenir des températures élevées, bon accrochage de la flamme au nez du brûleur, même avec des pouvoirs calorifiques faibles, diminution du volume des fumées, et, par suite, de l'encombrement des installations, réduction de la production d'oxydes d'azote. Pour limiter les inconvénients qui résultent des variations de composition de la matière à traiter, qui sont la règle dans le cas de déchets, il est préférable d'utiliser un brûleur à mélange externe. Cependant, les études ont montré que les brûleurs de ce type, actuellement disponibles, ne permettent pas d'obtenir une stabilité de flamme suffisante en cas de fortes variations de la matière à traiter. Le but de la présente invention est de fournir un brûleur présentant des performances améliorées par rapport au dispositif de l'art antérieur, une flamme homogène pouvant se produire à une faible distance, sensiblement constante malgré les variations du combustible, du nez du brûleur. Il va de soi cependant que le brûleur de l'invention est utilisable dans tous les domaines, sans se limiter à l'incinération des déchets. Pour obtenir le résultat désiré, l'invention fournit un brûleur du type à mélange externe, comportant un nez percé d'un passage d'amenée d'un premier fluide, et d'un passage d'amenée d'un second fluide susceptible de former une flamme lorsqu'il est au contact du premier, le brûleur fonctionnant par formation de la flamme à faible distance du nez, ce brûleur présentant pour particularité que le nez est constitué d'une pièce présentant une face extérieure percée de trous, certains de ces trous débouchant dans une chambre alimentée avec le premier fluide, cette chambre étant délimitée par le nez, une paroi latérale percée d'orifices pour l'arriver du premier fluide, et un fond, transversal à la paroi latérale, la paroi latérale étant en liaison étanche avec le nez et avec le fond, et certains autres trous du nez contenant chacun un tube fixé au nez de façon étanche, et traversant le fond également de façon étanche, pour déboucher dans un conduit d'amenée du second fluide, l'ensemble des trous débouchant dans la chambre et l'ensemble des trous contenant des tubes ayant chacun une répartition régulière et uniforme sur la face extérieure du nez. La présence d'une chambre, dans laquelle s'homogénéise le flux du premier fluide, assure que celui-ci débouche à la face extérieure du brûleur avec un débit sensiblement constant, quelle que soit la position du trou. Il en est de même pour le deuxième fluide. On arrive ainsi à un ensemble régulièrement réparti de jet du premier fluide et de jet du second fluide, gage d'une combustion régulière. Ce résultat est obtenu au mieux si la face extérieure du nez est plane, et/ou les trous sont parallèles, spécialement quand ces deux particularités sont réunies. Le premier fluide peut être le combustible, sous forme de mousse ou de gaz ou de liquide, et le deuxième fluide peut être de l'oxygène. Cependant, la situation inverse est possible. Le nombre et les diamètres respectifs des trous débouchant dans la chambre et des tubes est évidemment fonction de la combustion désirée, et notamment de la nature du combustible et du carburant. L'invention va maintenant être exposée de façon plus détaillée à l'aide d'un exemple pratique illustré avec les dessins, parmi lesquels: Figure 1 est une coupe axiale d'ensemble d'un brûleur selon l'invention, Figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1, relative à la tête du brûleur, et Figure 3 est une vue de face du brûleur prise le long de la flèche III de la figure 2. Le brûleur, dans son ensemble, comprend un corps tubulaire C visible à la figure 1, et une tête T, visible plus précisément aux figures 2 et 3. Le corps C comprend plusieurs tubes concentriques, à savoir, en partant de l'axe, un premier tube 2 qui est raccordé à une entrée d'admission d'oxygène 3, et qui, du côté opposé, aboutit à la tête T. Un deuxième tube 4 délimite avec le tube 2 un conduit annulaire 5 qui sert à amener le combustible depuis une entrée de combustible 6 jusqu'à la tête T. Un troisième et un quatrième tubes concentriques 7, 8 définissent entre eux deux espaces annulaires destinés à la circulation d'un fluide de refroidissement, qui pénètre dans l'espace annulaire extérieur 9 par une entrée 10, et ressort de l'espace annulaire intérieur 11 par une sortie 12. Les deux espaces annulaires 9 et 11 communiquent entre eux au niveau de la tête T du brûleur. La tête de brûleur comprend une pièce dite "nez", qui a la forme générale d'un disque 13, percé, dans sa partie centrale, d'une multitude d'orifices 14, 15. La face extérieure 16 du nez 13 est plane, alors que sa face opposée 17 porte un premier saillant extérieur 18 destiné à sa liaison avec le tube extérieur 8, et un autre saillant annulaire 19 qui sert à délimiter, avec la face 17, une chambre 20. Une pièce d'obturation 21 a la forme générale d'un cylindre ouvert à une extrémité et fermé à l'autre extrémité par un disque perforé 22. La partie cylindrique 23 de la pièce 21 est soudée par ses extrémités au relief cylindrique 19 du nez. Un certain nombre d'orifices radiaux 24, disposés dans deux plans radiaux, sont prévus dans la partie cylindrique 23, à faible distance du disque 22. Les perçages 14 et 15 du nez de brûleur 13 débouchent tous dans la chambre 20. La figure 3 montre leur répartition régulière. Un certain nombre de ces perçages 14 se trouvent en alignement axial avec des perçages 25 de la pièce d'obturation 21, et un tube 26 est serti dans chaque perçage 14 et chaque perçage correspondant 25. Tous les perçages 25 du disque 22 sont reliés à un perçage correspondant 14 du nez, si bien qu'il n'y a pas de communication entre la chambre 20 et l'espace 27 qui se trouve sur la face opposée du disque 22, et qui prolonge le conduit d'arrivée d'oxygène. Sur la figure 3, on a représenté en foncé les tubes 14 qui sont pourvus de tubes 26, et communiquent donc avec les perçages 25 et avec l'espace 27, et en clair les tubes 15 qui communiquent avec la chambre 20. On peut constater que les perçages 14 et les perçages 15 sont répartis de façon régulière. Le rapport du nombre de perçages 14 au nombre de perçages 15 est évidemment adapté en fonction du problème posé. L'extrémité du tube 4 est soudée sur un épaulement extérieur 28 porté par la paroi cylindrique 23 de la pièce d'obturation 21. Cet épaulement est plus proche de la face extérieure du nez que les perçages 25. Le combustible pénètre donc radialement dans la chambre 20. Les courants de combustible sortant des perçages 25 viennent frapper les tubes 26 avant de sortir par les orifices 15 du nez. Il en résulte un brassage qui assure que les débits de chacun des perçages 15 sont les mêmes. La chambre 20 constitue également une chambre-tampon qui homogénéise les variations de composition du combustible. Les conduits 26, et les perçages 14 acheminent l'oxygène directement depuis l'espace 27, sans le mettre en contact avec le combustible dans la chambre 20. Là aussi la répartition des perçages 14 assure une répartition régulière. La structure du brûleur permet ainsi d'obtenir une flamme particulièrement homogène et constante. Le circuit de refroidissement 9, 11 à double paroi se prolonge pratiquement jusqu'au niveau du disque 13. Il arrive donc plus près de la face extérieure 16 du nez que la soudure reliant l'épaulement 28 au tube 4. Cette soudure est donc refroidie efficacement, ce qui est une garantie de durée. REVENDICATIONS 1. Brûleur du type à mélange externe, comportant un nez (13) percé d'un passage d'amenée d'un premier fluide, et d'un passage d'amenée d'un second fluide susceptible de former une flamme lorsqu'il est au contact du premier, le brûleur fonctionnant par formation de la flamme à faible distance du nez, caractérisé en ce que le nez (13) est constitué d'une pièce présentant une face extérieure percée de trous, certains de ces trous (15) débouchant dans une chambre (20) alimentée avec le premier fluide, cette chambre étant délimitée par le nez (13), une paroi latérale (23) percée d'orifices pour l'arrivée du premier fluide, et un fond (22), transversal à la paroi latérale, la paroi latérale étant en liaison étanche avec le nez et avec le fond, et certains autres trous (14) du nez contenant chacun un tube (26) fixé au nez de façon étanche, et traversant le fond (22) également de façon étanche, pour déboucher dans un conduit d'amenée du second fluide, l'ensemble des trous débouchant dans la chambre et l'ensemble des trous contenant des tubes ayant chacun une répartition régulière et uniforme sur la face extérieure du nez. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face extérieure (16) du nez (13) est à peu près plane. 3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les trous (14, 15) sont parallèles. 4. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le nez du brûleur est constitué d'une plaque sensiblement plane, percée desdits trous dans sa partie centrale et présentant, sur son côté opposé à sa face extérieure, une saillie cylindrique (19) qui entoure l'ensemble des trous et constitue une partie de la paroi latérale de la chambre. 5. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fond de la chambre est constitué comme une plaque plane (22) qui porte un prolongement cylindrique (23) qui constitue au moins une partie de la paroi latérale de la chambre. 6. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit d'amenée du second fluide est constitué par un premier tube soudé (2) sur le fond, et en ce qu'un deuxième tube (4), coaxial au premier et de plus grand diamètre, est soudé sur un épaulement extérieur (28) de la paroi de la chambre, cet épaulement étant plus proche de la face extérieure du nez que les orifices (24) d'arrivée du premier fluide, ledit premier fluide parvenant à ces orifices en passant à travers l'espace annulaire compris entre le premier et le deuxième tube. 7. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une double paroi parcourue par un fluide de refroidissement, ce fluide refroidissant non seulement le nez mais encore ledit épaulement (28) de la paroi de la chambre. 8. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubes (26) sont fixés au nez par sertissage.