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Perfectionnements aux brûleurs à gaz de grande puissance.
La présente invention se rapporte aux brûleurs à gaz de grande puissance, pour les appareils Cowper et pour d'autres emplois. Les Cowper employés dans le service des haut-fourneaux se construisent ces derniers temps de très grande capacité, de sorte que pour les réchauffer il faut de très grandes quantités de gaz, par exemple jusqu' à 24000 m3 par heure.
Pour rendre possible l'amenée de telles quantités de gaz, il faut insuffler le gaz sous haute pression dans la chambre de combustion du
Cowper Mais dans ce cas des difficultés considérables se pré- sentent avec les brûleurs connus jusqu'à présent, parce que le mélange de gaz et d'air doit être amené avec une vitesse qui dépasse de beaucoup la vitesse d'inflammation et que par suite on n'obtient pas une combustion régulière, la flamme qui se
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forme au bord de l'ouverture d'entrée se modifiant continuelle- ment à cause de la vitesse exagérée et sautant ou pouffant ce qui est extrêmement préjudiciable au fonctionnement.
Le but de la présente invention est donc d'éviter ces inconvénients et d'assurer la combustion calme et stable de la flamme, même avec les plus grandes vitesses d'entrée du mélange de gaz et d'air.
Suivant l'invention ce problème est résolu principalement en disposant dans la'chambre de combustion près de l'ouverture d'entrée du mélange de gaz et d'air ou à une certaine distance de celle-ci, des chicanes par exemple en forme de gxille, dans le chemin du courant du mélange de gaz et d'air. Le mélange de gaz et d'air est ainsi divisé par les chicanes ou barreaux de grille, de sorte qu'aux endroits situés directement derrière ces chicanes ou barreaux de grille et étant pour ainsi dire à l'abri du courant, la vitesse du courant du mélange de gaz et d'air est réduite suffisamment pour être en dessous de la vi- tesse d'inflammation, ce qui permet ensuite la combustion uni- forme de la flamme .
De plus, au moyen des chicanes, le courant de gaz entrant dans la chambre de combustion est réparti dès le commencement sur une plus grande section transversale, de sorte qu'à une distance modérée des chicanes la vitesse moyenne du @ courant de gaz, comparée avec l'unité de section transversale, est en dessous de la vitesse d'inflammation du mélange de gaz et que la flamme qui se produit dans le courant à l'abri des chica- nes, peut se propager à la totalité du courant divisé de gaz et brûler tranquillement, sans pouffer.
S'il s'agit de brûleurs à gaz danslesquels l'embranchement d'amenée de l'air entre de telle façon dans l'embranchement d'amenée du gaz, que l'air de combustion est aspiré par le gaz qui arrive sous pression, alors la. réalisation du but fondamental de l'invention peut encore être favorisée en pourvoyant l'embran- chement d'amenée de l'air d'ouvertures latérales par lesquelles le gaz peut pénétrer dans le courant d'air qui traverse l'embran- chement d'amenée de l'air... Par la disposition de ces ouvertures
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qui peuvent être convenablement munies d'embranchements de tuyau situés à l'intérieur de l'embranchement d'amenée de l'air et dirigés sous un certain angle vers l'avant,
on obtient un mé- lange très intime de gaz et d'air de combustion et la vitesse d'inflammation du mélange de gaz et d'air est ainsi augmentée,, ce qui diminue encore la tendance de la flamme à danser ou pouf- fer ou les risques d'une combustion irrégulière.
Le dessin représente quelques exemples de modes de réalisa- tions de l'idée de l'invention appliquée à un appareil Cowper.
Fig.l est une coupe partiellement schématique par le Cowper et par le brûleur , gaz qui sert à son réchauffement.
Fig.2 est une coupe par l'embranchement d'arrivée de l'air du brûleur à gaz, à une plus grande échelle.
Fig.3 est une vue de face de l'embranchement d'amenée de l'air.
Fig.4 représente à une plus grande échelle une forme de réalisation de la grille disposée à l'ouverture d'entrée du mé- lange de gaz et d'air.
Fig.5 est une vue de face de la grille représentée dans la Fig.4.
Figs. 6 et 7 sont des représentations correspondantes aux
Figs. 4 et 5 respectivement, d'une autre forme de réalisation de la grille.
Sur le dessin, 1 est la chambre de combustion et la la ma- çonneris du Cowper, dans lequel débouche le tuyau d'arrivée 2 du mélange de gaz et d'air. Le tuyau d'amenée 2 est relié à un tuyau d'amenée de gaz 3, qui peut être fermé au moyen d'une vanne 6 actionnée par un volant à main. L'entrée de l'air de combustion dans le tuyau à gaz se fait par un embranchement d'a- menée de l'air 4, qui est disposé dans le tuyau à gaz à la fa- gon d'un injecteur. La pression de l'air de combustion amené est augmentée au moyen d'un ventilateur 9a qui est commandé par le moteur 9. Devant le ventilateur 9a on a disposé un cône muni de palettes-guides 10a, qui produit une vitesse uniforme du cou-
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rant de l'air jusqu'à sa partie centrale.
Devant l'ouverture de sortie de l'embranchement d'amenée de l'air 4 on a disposé de manière connue une vanne 5 à fermeture rapide, qui permet d'isoler le Cowper pendant la période du soufflage. Prés de l'ouverture d'entrée du mélange de gaz et d'air on a disposé dans la chambre de combustion 1, suivant l'invention, une chica- ne 14 construite comme une grille au niveau de -laquelle la flam- me se produit. La chicane 14 consiste en barreaux rayonnants 17 et en un organe conique 18, dont la pointe est dirigée contre le courant et se trouve environ au centre du tuyau d'a- menée 2 du mélange de gaz et d'air. pour obtenir un mélange aussi intime que possible du gaz et de l'air de combustion, on a pourvu l'embranchement d'amenée d'air 4 d'ouverture latérales 11, dans lesquelles des bouts de tuyau 12 dirigés vers l'avant sont soudés.
Par ces ouvertures ou bouts de tuyaux une partie du gaz de la conduite de gaz 3 peut pénétrer dans l'intérieur de l'embranchement d'amenée de l'air 4, où elle avance jusqu'au centre extrême du courant d'air de sorte qu'il se produit un mélange intime de gaz et d'air jusqu'au noyau central du courant.
Dans les Figs. 4 à 7 on a représenté d'autres possibilités de construction et de disposition des chicanes prévues dans la chambre de combustion 1, à l'ouverture d'entrée du mélange de gaz et d'air. Dans les Figs. 4 et 5 la chicane consiste en une grille à barreaux 14a disposée dans une position inclinée devant l'ouverture d'entrée, et qui fixée dansla maçonnerie du fond de la chambre de combustion, est disposée directement con- tre le tùyau d'amenée 2 et repose à l'extrémité supérieure con- tre la paroi intérieure de la chambre de combustion 1 au dessus du bord supérieur de l'ouverture d'entrée.
Comme d'après l'expérience le noyau central du courant du mélange de gaz et d'air présente une plus grande proportion d'air que les autres parties du courant du mélange de gaz et d' air et qu'ainsi la vitesse d'inflaxilluation, qui diminue avec la
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teneur en air, est la plus petite à l'intérieur du courant, il est convenable de construire les chicanes de sorte que leur ef- fet augmente vers le centre du courant. Dans la forme de réali- sation représentée dans les Figs. 4 et 5 cela a été obtenu en ajoutant dans la partie centrale de la grille à barreaux 14a, un certain nombre de barreaux 15, 16. Dans la forme de réali- sation représentée dans les Figs. 6 et 7 la construction de la chicane en forme de grille est essentiellement la même que cel- le de la grille 14 représentée dans la Fig.l.
La grille 14b con- siste dans ce cas en un certain nombre de barreaux rayonnants 17a et dans la partie centrale de laquelle on a disposé à cause de l'excédent d'air au centre du courant du mélange de gaz et d'air, un organe conique 18a dont la pointe est dirigée contre le courant et qui est disposé à peu près au centre du tuyau d'amenée d'air 2.
Les dimensions de la grille, l'épaisseur et la distance réciproque des barreaux de grille, ainsi que la distance de la grille de l'embouchure du tuyau d'amenée pour le mélange de gaz et d'air, sont naturellement choisies a volonté, et seront déterminées dans chaque cas d'après les conditions locales.
Pour un débit allant jusqu'à 21000 m3 par heure, on a trouvé convenable des barreaux en fer d'environ 25 mm. d'épaisseur avec un écartement de 100mm. Pour de plus grandes quantités de gaz alland jusqu'à 24000 m3 par heure on a trouvé spécialement avan- tageux l'emploi d'une grille construite suivant les Figs. 6 et 7.
Dans la construction de la grille à barreaux rayonnants repré- sentée dans les Figs. 1 et 6, 7 on peut éventuellement prévoir au lieu d'un cône, des anneaux à écartements égaux ou progressifs vers l'extérieur et de façon générale la construction des chi- canes, qui ne sont pas nécessairement en forme de grille, peut être choisie à volonté,pourvu que ces chicanes soient disposées et construites de façon à ce qu'elles provoquent une diminution de la vitesse du courant du mélange de gaz et d'air dans les endroits envisagés et une répartition du courant sur
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une plus grande section transversale.
Résume.
En résumé l'invention concerne:
1. Perfectionnements aux brûleurs à gaz de grande puissance, auxquels le mélange de gaz et d'air est alimenté avec une vitesse d'entrée qui dépasse considérablement la vitesse d'inflammation, principalement pour les appareils Cowper, caractérisé en ce que dans la chambre de combustion à l'ouverture d'entrée du courant du mélange de gaz et d'air ou avant celle-ci, des chicanes sont disposées au niveau desquelles le courant se divise, de sorte qu'à l'abri du courant formé par la ou les chicanes, 11 il se produit des endroits de vitesse réduite, où la flamme peut se former et où le courant du gaz est réparti à une certaine dis- tance derrière la ou les chicanes sur une section transversale augmentée,,
dans laquelle la vitesse moyenne du courant est en dessous de la vitesse d'inflammation, de façon que la flamme qui se produit aux chicanes et aux bords de l'ouverture d'entrée ne s'en détache pas.
2. Dispositif selon 1, caractérisé en ce que la chicane consiste en une grille disposée dans le chemin du mélange de gaz et d'air entrant dans la chambre de combustion.
3. Dispositif selon 1, caractérisé en ce que la chicane consiste en un cône disposé dans le chemin du mélange de gaz et d'air entrant, avec la pointe dirigée en sens contraire du courant., et dont la pointe se trouve environ au centre du cou- rant de gaz et d'air.
4. Dispositif selon 2, caractérisé en ce que la grille est disposée dans une position inclinée contre la paroi de la cham- bre, dans laquelle débouche le canal d'arrivée du mélange de gaz et d'air.
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Improvements to high power gas burners.
The present invention relates to high power gas burners, for Cowper appliances and for other uses. The Cowper used in the blast furnace service have recently been built with a very large capacity, so that to heat them very large quantities of gas are needed, for example up to 24,000 m3 per hour.
To make the supply of such quantities of gas possible, the gas must be blown under high pressure into the combustion chamber of the
Cowper But in this case considerable difficulties arise with the burners known hitherto, because the mixture of gas and air must be fed with a speed which greatly exceeds the speed of ignition and therefore regular combustion is not obtained, the flame which
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shape at the edge of the inlet opening continually changing due to the exaggerated speed and jumping or puffing which is extremely detrimental to operation.
The aim of the present invention is therefore to avoid these drawbacks and to ensure the calm and stable combustion of the flame, even with the highest inlet speeds of the gas and air mixture.
According to the invention this problem is solved mainly by placing in the combustion chamber near the inlet opening of the gas and air mixture or at a certain distance therefrom, baffles for example in the form of gxille, in the path of the flow of the gas and air mixture. The mixture of gas and air is thus divided by the baffles or grid bars, so that at the places located directly behind these baffles or grid bars and being so to speak shielded from the current, the speed of the current of the gas and air mixture is reduced enough to be below the ignition rate, which then allows uniform combustion of the flame.
In addition, by means of the baffles, the gas stream entering the combustion chamber is distributed from the start over a larger cross section, so that at a moderate distance from the baffles the average speed of the gas stream, compared with the unit of cross section, is below the ignition rate of the gas mixture and that the flame which occurs in the stream shielded from the baffles, can spread to the entire stream divided from gas and burn quietly, without giggling.
In the case of gas burners in which the air supply branch enters the gas supply branch in such a way that the combustion air is sucked in by the gas which comes under pressure , then. achievement of the fundamental object of the invention can be further promoted by providing the air supply branch with side openings through which gas can enter the air stream which passes through the branch. 'air supply ... By the arrangement of these openings
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which may be suitably provided with pipe branches located inside the air supply branch and directed at a certain angle forward,
a very intimate mixture of gas and combustion air is obtained and the rate of ignition of the mixture of gas and air is thus increased, which further decreases the tendency of the flame to dance or puff or the risks of irregular combustion.
The drawing shows some examples of embodiments of the idea of the invention applied to a Cowper apparatus.
Fig.l is a partially schematic section through the Cowper and the burner, gas which is used for its heating.
Fig. 2 is a section through the air inlet branch of the gas burner, on a larger scale.
Fig.3 is a front view of the air supply branch.
Fig.4 shows on a larger scale an embodiment of the grid arranged at the inlet opening for the mixture of gas and air.
Fig.5 is a front view of the grid shown in Fig.4.
Figs. 6 and 7 are representations corresponding to
Figs. 4 and 5 respectively, of another embodiment of the grid.
In the drawing, 1 is the combustion chamber and the masonry of the Cowper, into which the inlet pipe 2 for the gas and air mixture opens. The supply pipe 2 is connected to a gas supply pipe 3, which can be closed by means of a valve 6 operated by a hand wheel. The combustion air enters the gas pipe via an air supply branch 4, which is arranged in the gas pipe like an injector. The pressure of the combustion air supplied is increased by means of a fan 9a which is controlled by the motor 9. In front of the fan 9a is placed a cone provided with guide vanes 10a, which produces a uniform speed of the neck.
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rant of air to its central part.
In front of the outlet opening of the air supply branch 4, a quick-closing valve 5 has been placed in known manner, which makes it possible to isolate the Cowper during the blowing period. Near the inlet opening for the mixture of gas and air, there has been placed in the combustion chamber 1, according to the invention, a chique 14 constructed as a grille at the level of which the flame is. product. The baffle 14 consists of radiating bars 17 and a conical member 18, the point of which is directed against the current and is located approximately in the center of the supply pipe 2 of the gas and air mixture. in order to obtain as intimate a mixture as possible of the gas and the combustion air, the air supply branch 4 has been provided with side openings 11, in which the pipe ends 12 directed towards the front are welded.
Through these openings or pipe ends, part of the gas from the gas line 3 can enter the interior of the air supply branch 4, where it advances to the extreme center of the air stream. so that an intimate mixture of gas and air occurs up to the central core of the stream.
In Figs. 4 to 7 show other possibilities of construction and arrangement of the baffles provided in the combustion chamber 1, at the inlet opening for the gas and air mixture. In Figs. 4 and 5 the baffle consists of a bar grille 14a disposed in an inclined position in front of the inlet opening, and which fixed in the masonry of the bottom of the combustion chamber, is disposed directly against the supply pipe 2 and rests at the upper end against the inner wall of the combustion chamber 1 above the upper edge of the inlet opening.
As from experience the central core of the gas-air mixture stream has a greater proportion of air than the other parts of the gas-air mixture stream and thus the velocity of air. inflaxilluation, which decreases with
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air content, is the smallest inside the stream, it is convenient to construct the baffles so that their effect increases towards the center of the stream. In the embodiment shown in Figs. 4 and 5 this has been achieved by adding in the central part of the bar grid 14a a number of bars 15, 16. In the embodiment shown in Figs. 6 and 7 the construction of the grid-shaped baffle is essentially the same as that of the grid 14 shown in FIG.
The grid 14b in this case consists of a number of radiating bars 17a and in the central part of which, due to the excess air in the center of the flow of the gas and air mixture, a conical member 18a the point of which is directed against the current and which is arranged approximately in the center of the air supply pipe 2.
The dimensions of the grid, the thickness and reciprocal distance of the grid bars, as well as the distance of the grid from the mouth of the supply pipe for the mixture of gas and air, are naturally chosen at will, and will be determined in each case according to local conditions.
For a flow rate of up to 21,000 m3 per hour, iron bars of about 25 mm have been found suitable. thick with a spacing of 100mm. For larger quantities of alland gas up to 24000 m3 per hour, the use of a grid constructed according to Figs has been found especially advantageous. 6 and 7.
In the construction of the grid with radiating bars shown in Figs. 1 and 6, 7 it is optionally possible to provide instead of a cone, rings with equal or progressive spacings outwards and in general the construction of the chisels, which are not necessarily in the form of a grid, can be chosen at will, provided that these baffles are arranged and constructed so that they cause a decrease in the speed of the flow of the gas and air mixture in the places envisaged and a distribution of the current over
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larger cross section.
Summary.
In summary, the invention relates to:
1. Improvements to high power gas burners, to which the mixture of gas and air is fed with an inlet speed which considerably exceeds the ignition speed, mainly for Cowper devices, characterized in that in the chamber combustion at or before the inlet opening of the stream of the gas and air mixture, baffles are arranged at which the stream splits, so that shielded from the stream formed by the or baffles, 11 places of reduced velocity occur, where flame may form and where the gas stream is distributed some distance behind the baffle (s) over an increased cross section,
in which the average speed of the current is below the rate of ignition, so that the flame which occurs at the baffles and at the edges of the inlet opening does not come off therefrom.
2. Device according to 1, characterized in that the baffle consists of a grid arranged in the path of the mixture of gas and air entering the combustion chamber.
3. Device according to 1, characterized in that the baffle consists of a cone arranged in the path of the mixture of gas and incoming air, with the tip directed in the opposite direction of the current., And whose tip is located approximately in the center current of gas and air.
4. Device according to 2, characterized in that the grid is arranged in an inclined position against the wall of the chamber, into which opens the inlet channel for the gas and air mixture.
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