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APPAREIL DE 'COMBT:JSTI0N 'POU,R-COMBUSTlB:EE 'LIQUIDE.
L'invention concerne un appareil de combustion pour combustible liquide ayant pour but d'assurer une combustion efficace à haut rendement de combustibles même lourds, tels que du goudron, au moyen d'une combinai- son et d'un aménagement particuliers des éléments constituant l'appareil de combustion. Pour de telles combustions; il est nécessaire de pulvériser le combustible et de le mettre en contact intime avec de l'air dans des conditions telles, de température entre autres, que l'inflammation et la combustion aient lieu aussi rapidement que possible.
Dans la combustion des combustibles lourds, on a constaté que les brûleurs connus étaient défaillants, sur un ou plusieurs des points'ci- dessus, et de ce fait, produisaient des mécomptes, tels qu'un mauvais rende- ment résultant de la nécessité d'un excès d'air pour obtenir une combustion complète, des dépôts de coke ou de cendres, des formes.de flamme défavora- bles ou instables, etc.
Tenant compte des buts recherchés, l'invention prévoit une com- binaison particulière d'un pulvérisateur de combustible, par exemple un pulvérisateur fonctionnant par pression, avec une chambre d'air et une chanbre de combustion. La chambre d'air et la chambre de combustion en matière réfractaire, ont toutes deux la forme d'un corps de révolution d'axe commun,et communiquent entre elles par un orifice axial rétréci par rapport aux deux chambres; le pulvérisateur est disposé axialement à l'intérieur de la chambre d'air, et pulvérise le combustible au travers de l'orifice ci- dessus dans la chambre de combustion sous la forme d'un jet en cône creux; enfin,la chambre d'air est pourvue sur sa périphérie d'ouies tangentielles pour l'alimentation en air.
La manière suivante laquelle ces "'divers éléments coopèrent entre eux pour atteindre le but de l'invention va être expliquée ci-après en se référant au dessin jointe qui représente schématiquement un appareil selon l'invention, la figure 1 étant une coupe longitudinale et la figure 2 une
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section transversale suivant la ligne II-II de la figure 1..
Dans la figure 1, on voit le porte-pulvérisateur 1, à l'extrémi- té7 duquel arrive le combustible qui ressort pulvérisé en un jet ayant la forme d'un cône creux par le gicleur à chambre tourbillonnante ou sous pres- sion situé à l'autre extrémité. Bien qu'il y ait lieu de préférer un pulvé- risateur fonctionnant uniquement par pression sur le combustible, en raison de la simplicité de ce moyen d'obtenir une fine pulvérisation, il est pos- sible également d'utiliser un fluide pulvérisant auxiliaire, tel que de l'air ou de la vapeur d'eau, à la condition que le jet résultant ait la forme d'un cône creux. Le porte-pulvérisateur est disposé dans la chambre d'air 3 de forme sensiblement cylindrique.
La chambre de combustion 2 de forme sensi- blement cylindrique elle aussi, en matière réfractaire, est reliée à la chambre d'air ci-dessus par un orifice 5 dont le diamètre est inférieur à ceux. des chambres. La chambre de combustion comporte un rebord saillant annulaire 4 sur lequel la chambre d'air est adaptée.
La position du pulvérisateur dans la chambre d'air est ajustée de telle sorte que le cône de combustible sortant du pulvérisateur pénètre dans la chambre de combustion à proximité du bord de l'orifice 5. La chambre d'air 3 est pourvue sur sa périphérie d'un certain nombre d'ouies ou d'em- bouchures tangentielles 9 pour l'air, disposées à intervalle circonférentiel régulier, au travers desquels l'air provenant du collecteur d'air 10 peut pénétrer tangentiellement dans la chambre d'air. Pendant le fonctionnement de l'appareil, l'air est introduit dans le collecteur 10 avec une pression appropriée de l'ordre de 25 à 50 cm d'eau à pleine charge.
En raison de l'introduction tangentielle de l'air dans la chambre d'air, ce gaz se dépla- ce en tournoyant dans la chambre vers l'orifice 5, et puisque le diamètre de cet orifice est inférieur à celui de la chambre d'air, la vitesse de ro- tation de l'air dans cet orifice est considérablement accrue. Si l'on né- glige les frottements la vitesse linéaire circonférentielle théorique est inversement proportionnelle au rayon du trajet suivi par l'air, en sorte que si le diamètre de l'orifice 5 est égal à la moitié de celui de la cham- bre, la vitesse de l'air au bord de l'orifice 5 est double de celle de l'air entrant dans la chambre 3 par les embouchures 9.
Il en résulte que le cône de combustible passant près du bord de l'orifice 5 est saisi très énergiquement par l'air pénétrant dans la chambre de combustion 2 au travers de l'orifice 5, donnant naissance à un mélange très intime de combustible et d'air favorisant l'inflammation et la combustion dans la chambre de combustion. La paroi de la chambre de combus- tion,portée à une température élevée pendant le fonctionnement, fournit de la chaleur au combustible par radiation et favorise ainsi l'évaporation, la vaporisation, l'inflammation et la combustion de ce dernier.
Cependant, et en outre, la forme de la chambre de combustion est telle-voir le dessin - qu'à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du cône de combustible, il se forme des tourbillons toriques qui, en particulier le tourbillon le plus ex- térieur situé auprès du rebord 4, ramènent un mélange déjà enflammé à la place où l'inflammation doit se produire, favorisant ainsi l'inflammation combustible pénétrant dans la chambre de combustion 2.
L'étranglement situé entre les deux chambres présente donc de l'importance non seulement pour donner à l'air une grande vitesse mais aussi pour propager rapidement 1'inflammation et en même temps prévenir le retour dans la chambre d'air de particules incomplètement brûlées provenant de la chambre de combustion, ce qui provoquerait la formation d'un dépôt de coke sur les parties froi- des de la chambre d'air. Ainsi que représenté sur le dessin, la longueur et le diamètre de la chambre de combustion sont choisis de telle sorte qu'un prolongement fictif du cône de combustible pulvérisé rencontre la pa- roi périphérique de cette chambre. Dans la pratique, on a constaté que la longueur et le diamètre de la chambre devaient être à peu près égaux.
La propagation intensive du processus de combustion fait que celle-ci a lieu presque entièrement à l'intérieur de la chambre de combustion 2 ; ce point est particulièrement important lorsqu'il convient d'éviter que la surface à chauf- fer soit exposée à la radiation intense d'une flamme. Ce cas peut se pro- duire par exemple, dans le chauffage d'hydrocarbures liquides dans des colon-
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nes de distillation, où une surchauffe locale par une radiation violente peut provoquer un cracking des hydrocarbures, avec comme résultante, la formation de dépôts internes de coke, la diminution du refroidissement de la colonne à l'aplomb de ces dépôts, l'accroissement du surchauffage et finalement la perforation du conduit par brûlage.
La forme courte et ramassée de la flam- me constitue un avantage supplémentaire lorsque l'on désire réduire le plus possible les dimensions d'un espace de combustion, par exemple, dans les installations de turbines à gaze
On a constaté qu'un autre avantage de la réalisation décrite .consistait dans une réduction de l'excès d'air nécessaire pour la combustion, c'est-à-dire, dans un rendement élevé ; teneur en C02 des gaz provenant de la combustion peut être accrue et atteindre presque le maximum théorique.
L'appareil est également très approprié pour un fonctionnement automatique.
Dans la figure 1, le tube pulvérisateur est entouré par un tube 6, au moyen duquel un gaz combustible arrivant par le point 8, peut pénétrer dans la chambre d'air auprès de la buse du pulvérisateur. On a constaté que l'on pouvait faire brûler du gaz combustible soit seul soit en même temps que du combustible liquide. Le combustible gazeux peut être utilisé en cas de panne momentanée de combustible liquide.
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DEVICE OF 'COMBT: JSTI0N' POU, R-COMBUSTlB: EE 'LIQUID.
The invention relates to a combustion apparatus for liquid fuel, the object of which is to ensure efficient, high-efficiency combustion of even heavy fuels, such as tar, by means of a particular combination and arrangement of the constituent elements. the combustion device. For such combustions; it is necessary to pulverize the fuel and bring it into intimate contact with air under such conditions, of temperature among others, that ignition and combustion take place as quickly as possible.
In the combustion of heavy fuels, the known burners have been found to fail, in one or more of the above points, and therefore produce shortcomings, such as poor efficiency resulting from the need for 'excess air to achieve complete combustion, coke or ash deposits, unfavorable or unstable flame shapes, etc.
Taking into account the desired aims, the invention provides a particular combination of a fuel atomizer, for example a pressure atomizer, with an air chamber and a combustion chamber. The air chamber and the combustion chamber made of refractory material both have the shape of a body of revolution of common axis, and communicate with each other by an axial orifice narrowed with respect to the two chambers; the atomizer is disposed axially inside the air chamber, and atomizes the fuel through the above orifice into the combustion chamber in the form of a hollow cone jet; finally, the air chamber is provided on its periphery with tangential holes for the air supply.
The following manner in which these various elements cooperate with each other to achieve the object of the invention will be explained below with reference to the accompanying drawing which schematically shows an apparatus according to the invention, Figure 1 being a longitudinal section and figure 2 a
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cross section along line II-II in Figure 1 ..
In Figure 1, we see the sprayer holder 1, at the end7 of which arrives the fuel which comes out sprayed in a jet having the shape of a hollow cone by the nozzle with swirling chamber or under pressure located at the other extremity. Although a sprayer operating solely by pressure on the fuel is to be preferred, due to the simplicity of this means of obtaining a fine spray, it is also possible to use an auxiliary spraying fluid, such as air or water vapor, provided that the resulting jet has the shape of a hollow cone. The sprayer holder is arranged in the air chamber 3 of substantially cylindrical shape.
The combustion chamber 2 of substantially cylindrical shape also, made of refractory material, is connected to the above air chamber by an orifice 5, the diameter of which is smaller than those. bedrooms. The combustion chamber has an annular projecting rim 4 on which the air chamber is fitted.
The position of the sprayer in the air chamber is adjusted so that the fuel cone exiting the sprayer enters the combustion chamber near the edge of the orifice 5. The air chamber 3 is provided on its periphery. a number of tangential air vents or openings 9, arranged at regular circumferential intervals, through which air from the air manifold 10 can enter the air chamber tangentially. During operation of the apparatus, air is introduced into the manifold 10 with an appropriate pressure of the order of 25 to 50 cm of water at full load.
Due to the tangential introduction of air into the air chamber, this gas moves by swirling in the chamber towards the orifice 5, and since the diameter of this orifice is smaller than that of the chamber d air, the rate of rotation of the air in this orifice is considerably increased. If friction is neglected, the theoretical circumferential linear speed is inversely proportional to the radius of the path followed by the air, so that if the diameter of the orifice 5 is equal to half that of the chamber , the speed of the air at the edge of the orifice 5 is double that of the air entering the chamber 3 through the mouths 9.
As a result, the fuel cone passing near the edge of the orifice 5 is gripped very vigorously by the air entering the combustion chamber 2 through the orifice 5, giving rise to a very intimate mixture of fuel and air promoting ignition and combustion in the combustion chamber. The wall of the combustion chamber, brought to a high temperature during operation, supplies heat to the fuel by radiation and thus promotes evaporation, vaporization, ignition and combustion of the latter.
However, and furthermore, the shape of the combustion chamber is such - see the drawing - that both inside and outside the fuel cone, toric vortices form which, in particular the outermost vortex located near the rim 4, bring back an already ignited mixture to the place where the ignition is to occur, thus promoting the combustible ignition entering the combustion chamber 2.
The constriction between the two chambers is therefore of importance not only for giving the air a high speed but also for rapidly propagating the ignition and at the same time preventing the return into the air chamber of incompletely burned particles. from the combustion chamber, causing a coke deposit to form on the cold parts of the air chamber. As shown in the drawing, the length and diameter of the combustion chamber are chosen so that a fictitious extension of the cone of atomized fuel meets the peripheral wall of this chamber. In practice, it has been found that the length and diameter of the chamber should be approximately equal.
The intensive propagation of the combustion process means that this takes place almost entirely inside the combustion chamber 2; this is particularly important when it is desirable to prevent the surface to be heated from being exposed to intense radiation from a flame. This case can occur, for example, in the heating of liquid hydrocarbons in cylinders.
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nes of distillation, where a local overheating by a violent radiation can cause a cracking of the hydrocarbons, with like result, the formation of internal deposits of coke, the reduction of the cooling of the column directly above these deposits, the increase of the overheating and finally the perforation of the duct by burning.
The short, tight shape of the flame is an additional advantage when it is desired to reduce the dimensions of a combustion space as much as possible, for example, in gas turbine installations.
It has been found that another advantage of the described embodiment consists in a reduction in the excess air required for combustion, ie, in high efficiency; CO2 content of gases from combustion can be increased and reach almost the theoretical maximum.
The device is also very suitable for automatic operation.
In Figure 1, the spray tube is surrounded by a tube 6, by means of which a combustible gas arriving through point 8, can enter the air chamber near the nozzle of the sprayer. It has been found that fuel gas can be burnt either alone or at the same time as liquid fuel. Gaseous fuel can be used in the event of a momentary liquid fuel failure.