Brevet FR2880103A1 — publié le 20060630

Brûleur muni d'un allumage électrique La présente invention concerne les brûleurs dans lesquels on crée une flamme à l'aide d'au moins un comburant et au moins un combustible injectés dans celui-ci. L'injection peut être réalisée soit selon la technique dite tube dans tube ( pipe in pipe en anglais) soit selon la technique d'injection séparée du comburant et du combustible. Lorsque la température du four sur lequel est installé un brûleur est inférieure à environ 750 C, l'allumage de ce brûleur nécessite un dispositif d'allumage. Pour les brûleurs oxy-gaz (oxygène/gaz naturel) de puissance, ce dispositif d'allumage est constitué d'un brûleur pilote aéro-gaz (air/gaz naturel). Ce brûleur pilote nécessite une alimentation spécifique en gaz naturel, air et courant électrique, et nécessite l'investissement de canalisations et de vannes de gestion des fluides associés. Lorsque le brûleur oxy-gaz principal fonctionne, le brûleur pilote peut être stoppé. Cependant, son alimentation en air est en général maintenue en état de fonctionnement pour assurer son refroidissement. Cette injection d'air peut être la source d'une émission de NOx supplémentaire et d'une réduction de l'efficacité thermique du brûleur oxy-gaz. Cette technique présente donc deux inconvénients: un investissement en matériel important en rapport du coût total d'une installation oxy-gaz (10 à 15 % du prix total brûleur + châssis fluides), une injection d'air au niveau du brûleur en fonctionnement continu, génératrice de NOx du fait de la présence accrue d'azote. Dans les brûleurs de type tube dans tube , on trouve généralement un ouvreau cylindrique placé autour de ces tubes et constituant une chambre de combustion dans laquelle se forme la flamme, tandis que les systèmes d'injections séparées ne comportent généralement pas d'ouvreaux. Il est également possible d'utiliser un brûleur pilote oxy-gaz. Dans ce cas, seul le second inconvénient cité ci-dessus est éliminé. Le brûleur pilote oxy-gaz présente néanmoins une moins grande fiabilité que le brûleur pilote aéro-gaz. II est également possible de se passer de brûleur pilote en utilisant un allumage électrique du brûleur. Pour ce faire, on engendre un arc électrique au niveau de l'injecteur de combustible qui s'enflamme préalablement à l'injection d'oxygène (à l'allumage d'un brûleur oxy-gaz, on injecte d'abord le combustible, puis après allumage, on injecte l'oxygène). Cependant pour un brûleur de type tube dans le tube composé d'un injecteur de combustible à l'intérieur d'un ouvreau réfractaire, l'allumage peut ne pas de produire avant l'injection d'oxygène car en l'absence d'oxygène, la concentration en combustible dans le volume de l'ouvreau dépasse rapidement la limite supérieure d'inflammabilité du mélange. Le problème posé à l'homme de métier est donc l'allumage fiable d'un brûleur équipé d'un allumage électrique. L'invention permet de résoudre le problème posé tant par les brûleurs de type tube dans tube que par les brûleurs dits à injection séparée. Selon l'invention, on réalisera l'allumage à l'aide d'un arc électrique entre deux électrodes ou entre une électrode et le corps du brûleur, l'électrode (simple ou double) d'allumage étant placée à proximité de la racine de la flamme (à peu près au niveau de l'injection de gaz combustible), là où la température est moindre qu'au centre de la flamme. L'invention concerne donc un brûleur comportant des moyens pour injecter un comburant et des moyens pour injecter un combustible ainsi que des moyens d'allumage pour former une flamme lors de l'injection du comburant et du combustible, caractérisé en ce que les moyens d'allumage sont constitués par une électrode reliée à des moyens d'alimentation électrique, l'extrémité de l'électrode étant placée à proximité des extrémités de sortie des moyens d'injection du comburant et du combustible. Selon une première variante, le brûleur comporte un ouvreau réfractaire disposé à l'extrémité des moyens d'injection de comburant et de combustible, l'extrémité de l'électrode étant située à plus de 80 mm de la face de sortie de l'ouvreau à l'intérieur de celui-ci, ledit brûleur comportant également des moyens pour injecter de l'air lors de l'allumage. Selon une deuxième variante, le brûleur comporte un ouvreau réfractaire disposé à l'extrémité des moyens d'injection de comburant et de combustible, l'extrémité de l'électrode d'allumage étant située à moins de 80 mm de la face de sortie de l'ouvreau à l'intérieur de celui- ci, cet ouvreau étant destiné à être placé dans une atmosphère contenant au moins 15 % d'oxygène. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent: - la Figure 1 une première variante de réalisation de l'invention; - la Figure 2 une seconde variante de réalisation de l'invention Dans une première configuration représentée sur la Figure 1, la distance d entre la face extérieure 2 de sortie du brûleur 1 de l'ouvreau réfractaire 3 et l'étincelage 9 de l'extrémité de l'électrode située à l'intérieur de l'ouvreau réfractaire 3 doit être inférieure à 80 mm lorsque l'atmosphère située en aval de la sortie 2 du brûleur est de l'air ou des fumées contenant de l'oxygène (15 à 17 d'oxygène avec comme combustible du gaz naturel). Cette faible distance permet le mélange préalable entre le gaz combustible et l'atmosphère contenant de l'oxygène située en aval de la sortie du brûleur. Dans une seconde configuration représentée sur la Figure 2, la distance d entre la face extérieure 2 de sortie du brûleur 1 de l'ouvreau réfractaire 3 et d'étincelage 9 de l'extrémité de l'électrode située à l'intérieur de l'ouvreau réfractaire 3 est supérieure à 80 mm ou lorsque l'atmosphère située en aval de la sortie 2 du brûleur est trop pauvre en oxygène (15 à 17 % d'oxygène avec comme combustible du gaz naturel). Dans ce cas, l'allumage est rendu possible grâce à l'injection préalable d'air dans le circuit oxygène, cet air peut être constitué de l'air de refroidissement utilisé lorsque le brûleur est à l'arrêt. Dans cette seconde configuration, et sans apport d'air, on atteindrait et dépasserait très rapidement la limite supérieure d'inflammabilité : le combustible remplit le conduit de l'ouvreau chassant l'air initialement présent avant que l'allumage ne se produise. Sur les deux figures, le brûleur est alimenté en oxygène et/ou air par la canalisation 6, en combustible (liquide ou gazeux) par la canalisation 7, tandis que l'électrode d'allumage 9 est alimentée électriquement par l'alimentation 12 et les connexions électriques 10 et 11. L'invention présente de nombreux avantages, et notamment: - la suppression d'une flamme ou brûleur pilote qui nécessite une ligne d'air ou oxygène et une ligne de gaz combustible (alimentés en permanence) avec tout le matériel associé (filtre, électrovanne, régulateur-détendeur de pression, ...) ; - la simplicité de mise en oeuvre sans brûleur pilote; - la réduction de l'encombrement sur les brûleurs de faible puissance; - un allumage fiable; - une maintenance réduite, par la simplification de l'équipement Toutes les variantes du brûleur équivalentes à celles décrites dans la 5 présente demande resteront dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS, 1. Brûleur comportant des moyens pour injecter un comburant et des moyens pour injecter un combustible ainsi que des moyens d'allumage pour former une flamme lors de l'injection du comburant et du combustible, caractérisé en ce que les moyens d'allumage sont constitués par une électrode reliée à des moyens d'alimentation électrique, l'extrémité de l'électrode étant placée à proximité des extrémités de sortie des moyens d'injection du comburant et du combustible. 2. Brûleur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un ouvreau réfractaire disposé à l'extrémité des moyens d'injection de comburant et de combustible, l'extrémité de l'électrode étant située à plus de 80 mm de la face de sortie de l'ouvreau à l'intérieur de celui-ci, ledit brûleur comportant également des moyens pour injecter de l'air lors de l'allumage. 3. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ouvreau réfractaire disposé à l'extrémité des moyens d'injection de comburant et de combustible, l'extrémité de l'électrode d'allumage étant située à moins de 80 mm de la face de sortie de l'ouvreau à l'intérieur de celui-ci, cet ouvreau étant destiné à être placé dans une atmosphère contenant au moins 15 % d'oxygène.