BURNER WITH VANES AND A WELL-BALANCED SECONDARY AIR SUPPLY

Abstract: 1. A burner with vanes of the kind comprising an opening (3) in the wall (1) of a combustion chamber, a nozzle (4) for injection of a combustible substance through the opening and an assembly (5, 6) for distribution of secondary air of combustion comprising a plurality of deflecting vanes (5) disposed annularly around the nozzle so as to make the combustion air flow together with the combustible substance in a helical trajectory, the secondary air of combustion being injected transversely towards the vanes (5) from a plurality of at least two injectors (7) regularly distributed around the said nozzle, characterized in that to allow a supply of secondary air of combustion without an air box, the injectors and the vanes are disposed immediately behind the wall (1) of the combustion chamber (2) and in that the axial deviation of this secondary air of combustion (before its meeting with the combustible substance) is controlled by means of a circular flange (6) movable along the nozzle and presenting openings crossed by the vanes.

Description: "Bruleur à ventelles à alimentation équilibré en air secondaire La présente invention concerne les bruleurs, parfois dénommés "brûleurs à turbulence', dans lesquels un combustible fluide, tel que du charbon pulvérisé en suspension dans un courant d'air primaire, est introduit dans un foyer au moyen d'un ajutage et dans lesquels de l'air secondaire, nécessaire à la combustion du combustible, est mis en rotation autour de l'extrémité de l ajutage au moyen de volets déflecteurs couramment appelés "ventelles". L'invention concerne plus précisément la manière dont l'air secondaire est amené vers les ventelles. Un brûleur du type précité est notamment décrit dans le brevet FR-2.054.741. De façon classique, ainsi que le précise en particulier le brevet précité, 1 air secondaire est distribué au travers des ventelles à partir d'une boite à vent entourant l'ajutage placée en arrière du brûleur par rapport au foyer. Les caractéristiques de l'écoulement hélicoïdal de l'air secondaire sont généralement ajustées, soit en faisant varier l'orientation des ventelles autour d'axes parallèles à l'ajutage. soit en faisant varier la section de passage de l'air secondaire au travers des ventelles en agissant sur l'écart axial existant entre les parois transversales qui déterminent cette section de passage. Il importe par ailleurs, pour des raisons de sécurité, que l on puisse surveiller la flamme de combustion, notamment pour détecter son éventuelle extinction. On utilise pour cela, de façon avantageuse, des capteurs, par exemple des cellules à rayons ultra-violets, qui doivent entre, de préférence, orientés vers la flamme de manière sensiblement parallèle à l'ajutage de manière à éviter que, dans le cas par exemple d'un foyer équipé de plusieurs brûleurs, le capteur associé a un brûleur puisse entre sensible à la flamme d'un brûleur voisin. En pratique, la boite à vent au travers de laquelle 1 air secondaire est distribué présente un encombrement important le long de 1 ajutage. il est en effet admis de façon unanime qu'une boite à vent de grand volume est une condition sine qua non sans laquelle une distribution homogène de l'air secondaire à travers des ventelles ne saurait être obtenue. On admet en effet, de façon très générale, qu'une bonne distribution de 1 air secondaire nécessite un passage préalable dans une sorte de chambre de détente dans laquelle l'air secondaire peut s'homogénéiser en pression. Ainsi qu'on le sait, une répartition régulière de l'air secondaire est indispensable pour avoir une flamme bien alignée avec l'ajutage et pour assurer une combustion complète du combustible. Des irrégularités de la distribution d'air secondaire induisent en effet des defauts d'air ou des excès d'air en certains endroits de la flamme, ce qui empêche que la combustion y soit complète. Un faible encombrement axial et une distribution régulière d'air secondaire sont donc couramment jugées comme étant des exigences entre lesquelles un compromis doit ètre défini en fonction des besoins. L'encombrement axial des boites à vent précitées, qui peut atteindre l'ordre de grandeur de leur diamètre, se révèle for gênant car il induit notamment une grande longueur de tringlerie pour l'orientation des ventelles ou le réglage de la section de passage de l air secondaire entre ces dernières. Il requiert en outre, pour la surveillance de la flamme, des capteurs assez performants donc assez couteux : ceux-ci sont en effet, pour les raisons précitées, disposés à l'opposé de la flamme par rapport à la boite à vent et doivent etre capables de détecter la flamme sous un angle solide d'observation très minime. Le brevet Allemand N 405.835, qui concerne un bruleur a fuel, prévoit un autre mode de réalisation consistant à alimenter les ventelles par deux ouvertures symétriques par rapport à l'axe du bruleur, Åa partir d'une boite à vent interposée entre le bruleur et le foyer. On y retrouve donc l'inconvénient d'un encombrement axial non négligeable, le brûleur etant maintenu à une certaine distance de la paroi du foyer. D autre part, il est nécessaire dans cette réalisation de prévoir, à l'intérieur méme du brûleur, un système de clapets permettant d'équilibrer la quantité d'air admise par les deux conduits d'alimentation. La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en permettant d'assurer une distribution d'air secondaire aussi régulière que dans le cas d'une boite à vent, avec pourtant un encombrement axial aussi réduit que possible, simplifiant ainsi la structure des éléments de commande chargés d'aJuster les caractéristiques de l'écoulement d'air au travers des ventelles, et autorisant en outre l'emploi de capteurs simples et bon marché disposés axialement à faible distance de la flamme à surveiller. L invention propose ainsi un brûleur à ventelles du genre comportant une lumière dans la paroi d'un foyer, un ajutage pour l'injection d'un combustible au travers de la lumière et un ensemble de distribution en air de combustion comportant une pluralité de ventelles déflectrices disposées en anneau autour de l'ajutage, au voisinage de la lumière du foyer, en vue de faire confluer l'air de combustion avec le combustible suivant un trajet en hélice, caractérisé en ce que son alimentation en air secondaire de combustion est dépourvue de boite à vent, en ce que l'air secondaire de combustion est injecté transversalement vers les ventelles à partir d'une pluralité d'au moins deux injecteurs régulièrement répartis autour dudit ajutage et disposés juste derrière la paroi du foyer et en ce que la déviation axiale de cet air secondaire de combustion (avant sa confluence avec le combustible) est réglée au moyen d'un flasque de révolution mobile le long de l'ajutage et présentant des ouvertures traversées par les ventelles. Il est à noter que la solution préconisée par l'invention va à l'encontre de l'idée reçue précédemment énoncée qui sous-entendait qu'aucune multiplication du nombre des injecteurs ne pouvait permettre d'assurer une distribution d'air secondaire aussi bonne qu'avec une boite à vent. La Demanderesse a pourtant pu constater, de façon fort surprenante, qu'un très bon résultat, sensiblement comparable à celui obtenu avec une boite à vent, pouvait tre atteint rien qu avec deux injecteurs diamétralement opposés. Il est entendu que cette valeur minimale de "deux" est préférée puisqu'elle correspond à la structure la plus simple. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un brûleur à ventelles selon l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est un diagramme montrant les zones de pression en avant de l'ajutage d'un brûleur classique; et - la figure 4 est un diagramme analogue montrant les zones de pression en avant de l'ajutage d un bruleur selon 1 invention, Le bruleur représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2 comporte essentiellement une paroi 1 d'un foyer 2 dans laquelle est ménagée une ouverture ou lumiere 3 Un ajutage 4 est dispose à l'extérieur du foyer, orienté selon une direction X-X' perpendiculaire à la paroi 1. Cet ajutage est destiné a injecter au travers de la lumière 3 un combustible fluide tel que du charbon pulvérisé en suspension dans un gaz primaire, de l'air le plus souvent. La paroi 1 porte en saillie axiale, à l'opposé du foyer 2, une pluralité de volets déflecteurs ou ventelles 5 disposées en anneau autour de l'extrémité 4A de l'ajutage. Ces ventelles sont inclinées d'un meme angle prédeterminé, de 60' par exemple, par rapport à des plans diamétraux fictifs les coupant. Le long de l'ajutage 4 coulisse un flasque 6 présentant des ouvertures traversées par les ventelles 5. Le flasque est commandé axialement, par des moyens non représentés, en sorte de faire varier de façon adéquate les caractéristiques de l'écoulement en hélice d'air secondaire AS. Celui-ci est avantageusement dévié axialement avant sa confluence avec le combustible fluide. Selon l'invention, l'air secondaire est injecté vers les ventelles par une pluralité d'injecteurs 7 régulièrement répartis autour de l'ajutage. Dans l'exemple représenté, ces injecteurs sont au nombre de deux et sont diamétralement opposés. Le flasque 6 est mobile axialement entre la paroi 1 du foyer et une paroi transversale faiblement décalée vis-Åa-vis de ladite paroi 1. Les injecteurs 7 injectent l air secondaire de façon sensiblement radiale entre ces parois. Les injecteurs doivent etre traversés par des écoulements d'air secondaire identiques en débit et en pression. Ils sont de préférence alimentés à partir d'une même source au travers de deux conduits parallèles. L'équilibre des débits et des pressions est assuré par exemple par un volet d'obturation tournant disposé dans l'un au moins desdits conduits. En variante, on peut utiliser un diaphragme. Les figures 3 et 4 permettent d'apprécier les performances d'un bruleur selon l'invention par rapport à celles d'un brûleur ne comportant qu'un seul injecteur sans boite à vent. Sur ces figures sont des courbes d'égale pression relevées dans des conditions opératoires identiques : même débit et meme température d'air secondaire, à une meme distance du foyer. En fait, ces courbes ont été déterminées en l'absence de combustible fluide. Les pressions associées à chacune de ces courbes sont données en unité arbitraires. On note la présence de deux zones interne et externe de faible pression (parfois appelées zones de recirculation de part et d'autre d une zone globalement annulaire de plus forte pression. On observe sur la figure 3 que les pressions sont réparties de manière très irrégulière dans la zone annulaire précitée. On constate plus précisément la présence de zones de forte pression en forme de croissant qui sont disposées sensiblement à l'opposé de l'arrivée d air. Du fait de ces zones en croissant, il existe autour de l'axe de l'ajutage de forts gradients de pression qui induisent une dissymétrie d'une flamme, après injectIon de combustible, et donc une combustion incomplète de ce dernier. On observe par contre, sur la figure 4, que la mise en oeuvre de deux injecteurs opposé s permet une nette amelioration dans la répartition des pressions autour de l axe de l'ajutage. ce qui est favorable à l'obtention d une bonne flamme et à une bonne combustion du combustible. On a pu constater que la qualité de la symétrie des pressions mise en évidence par la figure 4 est sensiblement aussi elevée que lors de la mise en oeuvre des boîtes à vent classiques. Il va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple illustratif et que de nombreuses variantes peuvent etre proposées tant notamment dans la structure particulière des ventelles, dans le mode de réglage de l'écoulement d'air secondaire, que dans le nombre des lnjecteurs , sans sortir du cadre de l invention. La nature du combustible importe peu. Les injecteurs sont, en variante, inclinés parallèlement à l'axe de l'ajutage.

Claims: REVENDICATIONS 1. Brûleur à ventelles du genre comportant une lumière dans la paroi d'un foyer. un ajutage pour l'injection d'un combustible au travers de la iumiere et un ensemble de distribution en air secondaire de combustion comportant une pluralité de ventelles déflectrices disposées en anneau autour de l'ajutage, au voisinage de la lumière du foyer, en vue de faire confluer l'air de combustion avec le combustible suivant un trajet en hélice caractérisé en ce que son alimentation en air secondaire de combustion est dépourvue de boite à vent, en ce que l'air secondaire de combustion est injecté transversalement vers les ventelles (5) à partir d'une pluralité d au moins deux injecteurs (71 régulièrement répartis autour dudit ajutage et disposés ouste derrière la paroi (1) du foyer (2) et en ce que la déviation axiale de cet air secondaire de combustion (avant sa confluence avec le combustible) est reglée au moyen d'un flasque de révolution mobile le long de l'ajutage (4l et présentant des ouvertures traversées par les ventelles (51. 2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que son ensemble de distribution en air secondaire comporte deux injecteurs diamétralement opposés. 3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2. caractérisé en ce que les injecteurs sont orientés radialement. 4. Bruleur selon l une quelconque des revendications 1 à 3, caractérise en ce que jes injecteurs (7? sont alimentés par une môme source d'air secondaire au travers de conduits de dérivation dont une partie au moins comporte des organes de réglage de débit et de pression.

Inventors: GIRARDEAU, GERARD HENRI ANTOINE, KONIUTA, ALAIN, POULLEAU, JEAN, Girardeau, Gérard Henri Antoine
Applicants: ETABLISSEMENT PUBLIC DIT:  CHARBONNAGES DE FRANCE
Application year: 1985
Main classification: F23C7
IPC codes: F23D1