Brevet FR2919043A1 — publié le 20090123

BRULEUR La présente invention concerne un brûleur, notamment un brûleur pour cimenterie. On connaît un brûleur du type s'étendant selon un axe et comprenant une conduite annulaire d'alimentation en air délimitée par un tube intérieur s'étendant selon l'axe du brûleur et par un tube extérieur co-axial au tube intérieur, les deux tubes étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre en translation selon la direction axiale entre une position d'ouverture et une position de fermeture, un premier des deux tubes portant une bride annulaire comportant des rainures qui s'étendent parallèlement à la direction axiale du tube et qui sont angulairement régulièrement répartis. Un tel brûleur est par exemple divulgué dans la demande de brevet EP9674343, est usuellement utilisé pour les cimenteries, et comprend deux conduites d'alimentation en air primaire ceinturant l'ensemble des conduites d'alimentation en combustible du brûleur. Ces deux conduites sont usuellement une conduite d'alimentation en air à flux axial en sortie de laquelle le flux de l'air est parallèle à l'axe du brûleur, avec éventuellement une légère composante radiale, et une conduite d'alimentation en air à flux tangentiel en sortie de laquelle le flux de l'air présente une composante tangentielle de façon à former un flux tourbillonnant autour de l'axe du brûleur. En outre, un tel brûleur est en général entouré de conduites d'amenées d'air secondaire. L'inconvénient d'un tel brûleur est la relative difficulté de faire varier les caractéristiques de la flamme dans une large plage, et de les contrôler, alors que, notamment dans les fours à ciment, ces caractéristiques ont une très grande influence sur la qualité de la cuisson de la matière pour la fabrication du ciment. Selon l'invention, dans le brûleur du type précité, la bride annulaire est disposée à proximité de l'extrémité aval du premier tube, et le second tube comprend une portion de fermeture agencée de sorte que, quand les deux tubes sont en position ouverte, la distance séparant radialement la portion de fermeture de la bride permet un passage important de l'air entre la bride et la portion de fermeture, et quand les deux tubes sont en position fermée, cette distance est sensiblement nulle de sorte que la quasi-totalité (voire la totalité) de l'air passe par les rainures de la bride. Par cette disposition il est ainsi possible, de façon aisée, d'activer de façon plus ou moins importante la flamme produite par le brûleur. En position ouverte, l'air en sortie, provenant à la fois des rainures réalisées dans la bride et de l'espace annulaire situé entre la bride et le second tube, est réparti de façon continue sur toute la périphérie de la conduite, et de ce fait, entoure la flamme et protège ainsi le début de cette dernière de l'introduction rapide d'air secondaire, ce qui permet notamment de réduire le taux d'oxydes d'azote. Au contraire, en position fermée, l'air en sortie, provenant uniquement des rainures réalisées dans la bride, est réparti de façon discontinue sur toute la périphérie de la conduite, et les jets d'air (correspondant à chaque rainure) attirent l'air secondaire (ayant généralement une température élevée) dès l'origine de la flamme, ce qui active cette dernière et permet d'activer la cuisson de la matière se trouvant dans le four. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés dans les dessins mis en annexe dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une portion de la tête d'un brûleur, les tubes agencés conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention, étant en position ouverte ; La figure 2 est une vue du premier mode de réalisation, similaire à la figure 1, les tubes étant en 15 position fermée ; La figure 3 est une vue partielle en perspective d'un tube portant une bride conformément à la présente invention ; La figure 4 est une vue d'un second mode de 20 réalisation, similaire à la figure 1, les tubes étant en position ouverte ; et La figure 5 est une vue du second mode de réalisation, similaire à la figure 4, les tubes étant en position fermée. 25 La figure 1 illustre une portion d'un brûleur 1 qui s'étend selon un axe 2 et qui comprend classiquement des conduites d'alimentation en combustible solide et/ou liquide et/ou gazeux ainsi qu'une conduite centrale d'amenée d'air qui est utilisé pour permettre 30 l'accrochage de la flamme à un stabilisateur de flamme et pour refroidir ce dernier. Le brûleur 1 comprend également deux conduites d'alimentation en air primaire 3,4 entourant l'ensemble des conduites d'alimentation en combustible et la conduite centrale d'alimentation en air. L'une de ces deux conduites est une conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3 qui comprend des dispositifs permettant de conférer une composante tangentielle au flux d'air en sa sortie, l'autre est une conduite d'alimentation en air à flux axial 4 en sortie de laquelle l'air à un flux essentiellement axial, c'est-à-dire sans composante tangentielle (ou du moins, dont la composante tangentielle est faible, inférieure à 10 par rapport à l'axe 2 du brûleur 1). Ici, la conduite d'alimentation en air à flux axial 4 entoure la conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3. Par ailleurs, la conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3 est conforme à l'une ou l'autre des conduites divulguées dans les deux demandes de brevet FR 2 887 597 et FR 06 04 829. De façon plus précise, comme on peut le voir aux figures 1, 2, 4 et 5, la conduite d'alimentation en air à flux axial 4 est délimitée par deux tubes 5,6 mobiles l'un par rapport à l'autre en translation selon l'axe 2 du brûleur 1, un tube intérieur 5 qui, dans les présents modes de réalisation, délimite la conduite d'alimentation en air à flux axial 4 de la conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3, et un tube extérieur 6 qui est co-axial au tube intérieur 5 et forme le tube délimitant le brûleur 1 des conduites d'alimentation en air secondaire. Les deux tubes 5,6 sont mobiles axialement entre une position d'ouverture et une position de fermeture. Comme on peut le voir aux figures 1 à 5, l'un des deux tubes (en l'occurrence, le tube intérieur 5) porte, à proximité de son extrémité aval 7 (ici, à son extrémité aval 7), une bride annulaire 8 (immobile par rapport au tube intérieur 5). Cette bride annulaire 8 comporte des rainures 9 qui sont angulairement régulièrement répartis, qui la traversent de part en part, et qui s'étendent parallèlement à l'axe 2 du brûleur 1. En l'occurrence, les rainures représentent environ un tiers de la périphérie de la bride 8. Dans les présents modes de réalisation, chaque rainure 9 est délimitée d'une part, par une paroi de fond 10 qui, en l'occurrence, ne présente pas d'inclinaison dans le sens d'un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1, et, d'autre part, par deux parois latérales 11 qui, en l'occurrence, sont parallèles entre elles et à la direction de l'axe 2 du brûleur 1, et sont normales à la paroi de fond 10. Ici, les rainures 9 réalisées dans la bride annulaire 8 sont ouvertes radialement sur toute leur longueur, la bride 8 ne portant pas de paroi supérieure faisant face à la paroi de fond 10. Par ailleurs, la bride annulaire 8 présente une extrémité amont 12 qui présente une inclinaison radiale dans le sens d'un rapprochement vers le tube extérieur 6 pour un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1 de l'amont vers l'aval. En l'occurrence, l'extrémité amont de la bride est conique (aux orifices amont des rainures 9 près) avec un centre de cône disposé vers l'amont du tube. L'autre tube (en l'occurrence, le tube extérieur 6) comprend une portion de fermeture 13,15 (immobile par rapport au tube extérieur 6) qui est agencée de sorte que, quand les deux tubes 5,6 sont en position ouverte, la distance séparant la portion de fermeture 13,15 de la bride 8 permet un passage important de l'air entre la bride 8 et le second tube 6 afin d'avoir un flux d'air axial en sortie de la conduite 4 angulairement continu (cf. figures 1 et 4), et quand les deux tubes 5,6 sont en position fermée, la distance séparant la portion de fermeture 13,15 de la bride 8 est sensiblement nulle afin d'avoir un flux d'air en sortie de la conduite 4 angulairement discontinu et limité aux secteurs angulaires correspondants aux rainures 9 (cf. figures 2 et 5). En l'occurrence, dans le premier mode de réalisation, la portion de fermeture 13 est une surface présentant une inclinaison radiale dans le sens d'un écartement du tube intérieur 5 pour un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1 de l'amont vers l'aval. En l'occurrence, la portion de fermeture 13 est conique avec un centre de cône disposé vers l'amont du tube. Ici, le demi-angle au sommet du cône est d'environ 10 . De plus, l'extrémité aval 14 de la portion de fermeture 13 est l'extrémité aval 14 du tube extérieur 6. Ainsi, à la figure 1, les deux tubes 5,6 sont dans une position ouverte dans laquelle un espace annulaire existe (et est relativement important) entre la bride 8 et le tube extérieur 6. Au contraire, à la figure 2, les deux tubes 5,6 sont dans une position où la portion de fermeture 13 est sensiblement en butée contre la bride annulaire 8 (contre l'extrémité amont 12 de la bride 8), limitant ainsi la section de passage de l'air aux seules rainures 9. Dans le second mode de réalisation, la portion de fermeture 15 comprend une première surface 16 présentant une inclinaison radiale dans le sens d'un rapprochement du tube intérieur 5 pour un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1 de l'amont vers l'aval. En l'occurrence, la première surface 16 est conique avec un centre de cône disposé vers l'aval du tube. Ici, le demi-angle au sommet du cône est d'environ 10 . De plus, la portion de fermeture 15 comprend une seconde surface 17 et, d'autre part, une seconde surface 17 cylindrique prolongeant, en direction aval, la première surface 16. La seconde surface 17 a un diamètre égal au diamètre externe de la bride 8 (au jeu nécessaire pour le coulissement des deux tubes près). Ainsi, à la figure 4, les deux tubes 5,6 sont dans une position ouverte dans laquelle un espace annulaire existe entre la bride 8 et le tube extérieur 6. Au contraire, à la figure 5, les deux tubes 5,6 sont dans une position où la surface cylindrique 17 recouvre la bride annulaire 8, limitant ainsi la section de passage de l'air aux seules rainures 9. Il serait possible que la bride soit portée par le tube extérieur et la portion de fermeture par le tube intérieur. Il serait également possible que la bride annulaire présente une forme différente, notamment à son extrémité amont, et/ou qu'elle porte des parois supérieures faisant face les parois de fond et délimitant, avec celles-ci et les parois latérales, les rainures. Il serait également possible que les parois de fond présentent une légère inclinaison radiale (inférieure à 10 ) afin de conférer une composante radiale au flux d'air en leur sortie, et/ou que les parois latérales présentent une composante tangentielle afin de conférer une composante tangentielle au flux d'air en leur sortie. Il serait ainsi possible d'utiliser un tel système 5 (bride et portion de fermeture) dans une toute autre conduite, et dans tout autre brûleur. REVENDICATIONS 1. Brûleur (1) s'étendant selon un axe (2) et comprenant une conduite annulaire d'alimentation en air (4) délimitée par un tube intérieur (5) s'étendant selon l'axe (2) du brûleur (1), et par un tube extérieur (6) co-axial au tube intérieur (5), les deux tubes (5,6) étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre en translation selon la direction axiale entre une position d'ouverture et une position de fermeture, un premier (5) des deux tubes (5,6) portant une bride annulaire (8) comportant des rainures (9) qui s'étendent sensiblement selon la direction axiale du tube (5), caractérisé en ce que la bride annulaire (8) est disposée à proximité de l'extrémité aval (7) du premier tube (5), le second tube (6) comprenant une portion de fermeture (13,15) agencée de sorte que, quand les deux tubes (5,6) sont en position ouverte, la distance séparant radialement la portion de fermeture (13,15) de la bride (8) permet un passage important de l'air entre ces deux organes (8,13), et quand les deux tubes (5,6) sont en position fermée, cette distance est sensiblement nulle de sorte que la quasi-totalité de l'air passe par les rainures (9). 2. Brûleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rainures (9) sont angulairement régulièrement répartis. 3. Brûleur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les rainures (9) sont parallèles à 30 l'axe (2) du brûleur (1). 4. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque rainure (9) est délimitéepar une paroi de fond faisant radialement au plus 10 par rapport à l'axe (2) du brûleur (1). 5. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les rainures (9) sont ouvertes 5 radialement sur toute leur longueur. 6. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la bride annulaire (8) présente une extrémité amont (12) présentant une inclinaison radiale dans le sens d'un rapprochement vers le second tube (6) 10 pour un déplacement de l'amont vers l'aval. 7. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la bride annulaire (8) est située à l'extrémité aval (7) du premier tube (5). 8. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, 15 caractérisé en ce que la portion de fermeture (13) présente une inclinaison radiale dans le sens d'un écartement du premier tube (5) pour un déplacement de l'amont vers l'aval. 9. Brûleur (1) selon la revendication 8, caractérisé 20 en ce que la portion de fermeture (13) est une surface conique dont le demi-angle au sommet est sensiblement de 10 . 10. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la portion de fermeture (15) 25 comprend, d'une part, une première surface présentant une inclinaison radiale dans le sens d'un rapprochement du premier tube (5) pour un déplacement de l'amont vers l'aval, et, d'autre part, en aval de la première surface (16), une seconde surface (17) cylindrique d'un 30 diamètre sensiblement égal au diamètre externe de la bride (8).