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PROCEDE ET APPAREIL POUR CONTROLER LA CHALEUR ET LA COMBUSTION DANS LES
BRULEURS A HYDROCARBURES.
L'invention concerne le réglage des brûleurs dans lequel les hy- drocarbures sont généralement vaporisés et mélangés avec de l'air dans une chambre de gazéification, pour être ensuite brûlés à la couronne du brûleur ou à l'orifice de sortie partant depuis cette chambre et où se produit l'ad- mission d'air secondaire, la chaleur du combustible en cours de combustion à la couronne servant à rayonner de la chaleur vers les hydrocarbures., de façon à vaporiserces derniers en vue de leur mélange avec l'air primaire four- ni à la chambre.
L.'invention a pour objet d'établir un procédé et un appareil per- fectionnés permettant d'assurer une combustion efficace des combustibles ca- ractérisés par leur nature réfractaire à la combustion dans un brûleur, tels que les distillats à haut point d'ébullition obtenus en tant que produits du raffinage catalytique du pétrole brut et d'obtenir le maximum de chaleur de tels combustibles,lesquels seront désignés dans la suite par le terme de "mazout".
Un autre objet de l'invention consiste à établir - en combinaison avec un brûleur pourvu d'une couronne, au niveau de laquelle peut brûler une flamme principale résultant de l'allumage du mélange d'air et de vapeur d'hy- drocarbure, engendré dans une chambre de vaporisation contenant une quanti- té de combustible liquide exposée au rayonnement calorifique provenant de la flamme principale - d'un dispositif indépendant de ce rayonnement calorifi- que et qui élève la température dans la chambre de vaporisation ou de gazéi- fication dans une mesure notablement supérieure à celle qui aurait pu être assurée par la flamme principale seule, cela de façon, à créer un mélange hautement combustible de vapeur de combustible et d'air dans cette chambre,
ledit dispositif agissant d'autre part de manière à empêcher l'allumage pré- maturé de la masse hautement combustible d'hydrocarbure vaporisée et d'air, c'est-à-dire, avant que ce mélange ne parvienne à distance d'allumage nor- male par rapport à la flamme principale.
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L'invention a en outre pour objet d'établir, dans un brûleur du type décrit ci-dessus;, un appareil destiné à exercer une action régénérative ou de récupération dans la chambre de vaporisation du brûleur, action grâce à laquelle une partie de la vapeur de combustible développée dans cette cham- bre par le rayonnement calorifique depuis la flamme principale est utilisée en vue de produire de la chaleur supplémentaire, directe et rayonnante, de façon à intensifier notablement la vaporisation dans ladite chambre, avec enrichissement du combustible vaporisé fourni à la flamme principale, d'où augmentation correspondante de la chaleur de cette flamme, ce qui, à son tour, intensifie la vaporisation normale déterminée par la flamme principa- le,
tout en augmentant la densité de la valeur de combustible disponible et utilisée pour créer la chaleur directe et rayonnante susmentionnée.,
Un autre objectif de l'invention consiste à établir un brûleur perfectionné du genre décrit ci-dessus et qui se caractérise par ce qu'il produit une flamme plus tranquille, qui donne lieu à combustion plus effi- cace, ce qui est indiqué par le fait que les dépôts de suie qui en résul- tent sont inférieurs à ceux qui s'accumulent généralement sur les brûleurs de types similaires, ce brûleur étant moins sujet à être mis dans l'état dit de retour de flamme, état où la flamme, appelée à brûler à l'extérieur du générateur de la chambre de vaporisation, recule de telle façon qu'elle brille constamment à l'intérieur de cette chambre, ce qui s'accompagne d'une considérable perte de rendement de la combustion.,
Dans les dessins:
Fig. 1 est une vue en plan d'un brûleur à combustible liquide, muni d'un appareil régulateur de chaleur perfectionné selon l'invention.
Certaines parties de cette vue ont été arrachées, afin de montrer plus clai- rement la construction intérieure.
Fig. 2 est une vue en coupe verticale prise dans le plan indi- qué par la ligne 2-2 de la Fig. 1.
Fig. 3 est une vue en plan du brûleur montrant une variante de l'appareil régulateur de chaleur, qui en fait partie.
Fig. 4 est une vue d'élévation latérale de la construction de la Fig. 3, une partie du brûleur étant arrachée afin de montrer plus clai- rement l'appareil régulateur de chaleur, ce dernier étant représenté en cou- pe verticale,
Figo 5 est une vue en coupe verticale d'un brûleur du type à en- veloppe cylindrique, dans lequel est incorporé un dispositif de réchauffage d'air de type annulaire, établi selon l'invention.
Dans ces dessins on a représenté un brûleur du type à vaporisa- tion ou gazéification du combustible et comportant, comme montré dans les Figs. 1 et 2, une enveloppe 6 qui délimite une chambre de gazéification ou de vaporisation 7 dont le fond est appelé à recevoir une nappe 8 d'un com- bustible sous la forme d'un hydrocarbure liquide, amené depuis une source d'alimentation convenable,et avec un débit réglé d'avance, à travers un orifice d'entrée 9 prévu dans l'enveloppe. La partie supérieure de l'enve- loppe est munie d'une ouverture ou couronne de brûleur 11, tandis qu'une sé- rie d'orifices 12 percés dans les parois latérales de l'enveloppe, servent à l'admission d'air comburant primaire dans la chambre 7.
Dans certains brû- leurs de ce type, l'allumage est amorcé par l'introduction d'un tampon de papier allumé, ou analogue, dans la chambre 7 à travers la porte d'inspec- tion, comme celle représentée en 13, de façon à porter le mazout de la nappe 8 à la température d'allumage, après quoi les vapeurs qui s'élèvent de cette nappe se combinent avec l'air qui pénètre par les trous 12 et, une fois al- lumées, s'échappent sous la forme d'une flamme par la couronne 11.
D'autres brûleurs sont munis de dispositifsà incandescence ali- mentés en courant électrique ou sont pourvus de flammes de veilleuse alimen- tées en mazout et destinées à amorcer la vaporisation et la combustion de celui-ci. Lorsque les combustibles habituels contenant une proportion rela-
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tivement élevée de fractions combustibles à vaporisation rapide, combustibles que l'on pouvait se procurer aisément auparavant, étaient employés. Pour as- surer le fonctionnement dubrûleur type décrit ci-dessus, la flamme du brûleur qui existait à la couronne agissait de façon à assurer la vaporisation du com- bustible liquide par le rayonnement calorifique qui émanait de cette flamme et par l'action de la chaleur transmise par conduction, par l'enveloppe à la nappe 8.
Dans chacun des dispositifs représentés on a prévu une chambre de réchauffage d'air adjointe à la chambre de vaporisation et communiquant avec celle-ci par une série de petites perforations pratiquées dans une pa- roi ou autre élément qui sépare les deux chambres l'une de l'autre.
Comme montré dans les Figs. 1 et 2, et à titre d'exemple, la pa- roi supérieure 14 de l'envelpppe 6 est munie d'un nombre relativement impor- tant de petits trous 16, ayant chacun un diamètre d'environ 0,2 cm et qui constituent des passages reliant la chambre de vaporisation 7 à une chambre de réchauffage d'air 17 disposée au-dessus de l'enveloppe 6 et constituée par un chapeau obturateur évidé.18, ce dernier étant posé par dessus les orifices 16 et étant fixé de façon étanche et hermétique à la paroi supé- rieure de 14 d'une manière convenable quelconque, par exemple à l'aide de vis 19.
Le chapeau obturateur 18 n'est pas perforé, sauf qu'il présente un orifice 21 (ou plusieurs orifices au besoin) dans sa partie supérieure, ori- fice appelé à être ouvert partiellement ou entièrement à l'aide d'un regis- tre 22 qui se superpose à cet orifice et qui, de préférence fait partie -d'un bras 23 fixé à l'aide d'une vis 24 ou analogue, de façon à se déplacer angulairement sur la surface du chapeau obturateur. Le registre constitue le dispositif de réglage commun destiné à régler l'arrivée d'air à tous les orifices 16.
Une partie 26, tournée vers le bas, du bras 23 est appelée à entrer en contact frictionnel avec une portion du chapeau obturateur ou de l'enveloppe du brûleur, de façon qu'un réglage, une fois déterminé, de la partie découverte de l'orifice 21 puisse être maintenu en toute sécurité.
Au lieu d'être prévue sur la paroi supérieure 14, la chambre 17 peut être disposée, comme montré dans les Figs. 3 à 5, dans un compartiment séparé 27 situé en un endroit convenable quelconque, à l'intérieur même de la cham- bre de vaporisation 7. Dans ce cas, et comme montré dans le mode d'exécu- tion des Figs. 3 et 4, le compartiment 27 peut être supporté par un système comportant un bras tubulaire 28 partant depuis ce compartiment et traver- sant un orifice prévu à cet effet dans une paroi de l'enveloppe principale 6 du brûleur. Le bras 28 renferme un canal longitudinal 29 qui conduit l'air depuis l'extérieur dubrûleur vers la chambre de réchauffage d'air 17, un registre 31 étant également prévu, pour fonctionner d'une façon analogue à celle du registre 22.
Aux fins d'explication, on se référera au mode d'exécution de l'invention montré dans les Figs. 1 et 2. Peu après que le brûleur a été al- lumé, des dards de flamme apparaissant au niveau des orifices 16 agissent, sous l'effet de la chaleur qui s'en élève et qui est conduite par la¯paroi supérieure 14 du brûleur, de façon à échauffer fortement l'air contenu dans , la chambre 17 et qui, après avoir traversé les orifices 16, se mélange aisé- ment à la vapeur de combustible dans la partie la plus élevée de la chambre de vaporisation, assurant ainsi une propagation continue des dards de flam- mes. Les dards de flammes ont une teinte bleue prononcée et une longueur re- lativement réduite, celle-ci ne dépassant pas environ 0,65 cm, et se diri- geant vers le bas, vers l'intérieur de la chambre de vaporisation.
Une caractéristique très importante du fonctionnement du brûleur selon l'invention consiste en ce que la section de passage de l'ouverture 21 débouchant dans la chambre 17 est inférieure à la section de passage com- binée des orifices 16, ce qui a pour effet d'étrangler le flux d'air qui se dirige de la chambre 17 vers la chambre de vaporisation et de réduire la vi- tesse de ce flux. En d'autres termes, le flux d'air qui se dirige des orifi- ces 16 vers la chambre de vaporisation se trouve étranglé et s'écoule à une vitesse sensiblement moins élevée que celui qui pénètre dans la chambre de vaporisation à travers les orifices 12.
La vitesse très réduite de l'air pas-
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sant de la chambre 17 à travers les orifices 16 est la cause de la faible longueur des dards de flammes, le volume d'air limité n'étant suffisant que pour favoriser la combustion dans la mesure nécessaire pour produire les flammes précitées d'un bleu marqué. On comprendra que lorsque le brûleur fonctionne et qu'une combustion a lieu au niveau de la couronne 11, il se produit un tirage très intense dans la chambre de vaporisation, de sorte que la pression s'exerçant dans celle-ci sera inférieure à celle qui règne dans la chambre 17, et, par conséquent il y aura un écoulement d'air de la chambre 17 vers la chambre de vaporisation.
Lorsque le brûleur fonctionne de cette façon, même pendant un temps très court, il en résulte une élévation de la température de la cham- bre de vaporisation et de la flamme qui brûle au niveau de la couronne 11 de quelques centaines de degrés centigrades par rapport à la température fournie normalement dans les brûleurs de type courant. Cette chaleur inten- se engendrée par les flammes au niveau des ouvertures 16, ensemble avec cel- le engendrée par la flamme principale qui brûle à l'orifice 11, est rayon- née à travers la masse de la vapeur de combustible relativement épaisse, pour pénétrer finalement dans certaines parties de la nappe de combustible liquide.
De cette façon, les constituants plus lourds, supportés par l'air, du mélange combustible contenu dans la chambre de gazéification seront dé- composés de façon à se rapprocher davantage de la phase gazeuse, tandis que la masse du combustible liquide sera chauffée d'une façon si complète et à une température si élevée qu'elle en sera vaporisée rapidement et entière- ment. Il est donc évidentque, grâce aux températures plus élevées réalisa- bles par le brûleur selon l'invention, on peut obtenir aisément une volati- lisation complète des distillats fournis par le procédé catalytique cou- rant.
Grâce au rayonnement calorifique provenant à la fois de la flam- me du brûleur principal et des nombreux dards de flammes, on atteint dans la chambre de vaporisation une température notablement supérieure aux points éclairs du fluide contenu dans cette chambre, tant dans la phase liquide que dans sa phase de vapeur ou gazeuse.
Il est donc évident que, dans un brûleur courant, et dans des conditions de fonctionnement ordinaires, une telle tem- pérature aurait pour effet un allumage et une combustion dudit contenu de cette chambre et donnerait lieu à l'état de choses indésirable que l'on dé- signe dans ce domaine sous le terme de "retour de flamme".Une caractéris- tique particulière de la présente invention consiste en ce que, nonobstant l'état hautement chauffé et vaporisé du combustible, la combustion de ce- lui-ci dans la zone de vaporisation de la chambre sera empêchée et ne pour- ra avoir lieu que lorsque le combustible ainsi vaporisé aura atteint la zo- ne de la couronne du brûleur.
Lors des essais relatifs au brûleur selon l'invention, on a en outre constaté que, lorsqu'il est fait usage de qualités de combustibles su- périeures, on obtient une vaporisation des Plus satisfaisantes du combustible et un meilleur fonctionnement du brûleur, lorsque les dards de flammes se situent à la surface inférieure de la paroi supérieure 14 de la chambre 7.
Toutefois on a constaté que lorsqu'il est fait usage de combustibles de qua- lité inférieure, qui contiennent des quantités moindres de fractions à bas point d'ébullition, il est préférable que les dards de flammes soient plus rapprochés de la surface de la nappe de combustible liquide. Ceci peut être réalisé en disposant la chambre auxiliaire 27 dans la chambre de vaporisa- tion en un endroit tel que les dards de flammes se trouvent suffisamment rapprochés de cette nappe pour en assurer un réchauffage dans toutes ses parties et pour assurer un passage sensiblement complet du liquide de celle- ci à la phase de vapeur.
Ainsi, on a montré dans la Fig. 5 un brûleur de forme courante, présentant une enveloppe cylindrique 32 dont la paroi su- périeure 33 est pourvue d'un orifice 34 destiné à recevoir un brûleur et oc- cupant une position sensiblement centrale au=d.essus de la chambre de vapori- sation 36, tandis qu'une enceinte de réchauffage d'air 37 prévue dans la chambre 36 détermine un compartiment à air 38 réuni par un ou plusieurs tu- bes 39 à l'enveloppe 32 du brûleur.
Les tubes 39 outre qu'ils constituent des supports pour le compartiment de réchauffage d'air, déterminent des can-
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naüx 41 par lesquels l'air atmosphérique peut pénétrer dans le compartiment 38, les extrémités extérieures de ces conduits pouvant être exposées partiel- lement ou complètement à l'aide de registres 42 prévus pour ces conduits et montés à pivotement, à l'aide de vis 43 ou analogues, sur l'enveloppe 32 du brûleur. Dans le dessin, le compartiment du réchauffeur d'air est représenté comme un corps en forme de disque, qui occupe sensiblement la totalité' de la section libre de la chambre 36, sauf une partie centrale de cell-ci délimitée par une ouverture 44 traversant verticalement le compartiment réchauffeur d'air 37 et située en substance directement au-dessous de l'orifice 34 du brûleur.
La face inférieure du compartiment 37 est munie d'un grand nombre de petits orifices 46 qui débouchent dans la chambre 38 et au niveau desquels les dards de flammes décrits ci-dessus peuvent brûler de façon à chauffer la vapeur contenue dans cette dernière chambre et à diriger de la chaleur vers le bas en direction de la surface de la nappe de mazout. Au besoin, la cham- bre 38 peut également être munie d'orifices 46. Ainsi, les gaz de la combus- tion et la vapeur de combustible fortement chauffée peuvent se diriger vers le haut à travers l'orifice 44 et, de là, passer directement à travers l'ori- fice 34 du brûleur.
Il est évident qu'au lieu du compartiment en forme de disque annulaire représenté dans la fig. 5, on peut utiliser un comparti- ment en forme de disque plein, lequel peut être disposé de façon telle et présenter des dimensions telles qu'il se situe au-dessous de l'orifice du brûleur, un passage pour les gaz et les vapeurs étant déterminé par un in- tervalle périphérique entre le bord du disque et la surface-adjacente de la paroi de l'enveloppe 32 du brûleur. Ainsi, les gaz et la vapeur engendrés se- ront amenés à s'élever dans la zone périphérique de la chambre de gazéifica- tion 36 et seront forcés, par la paroi supérieure 33 de l'enveloppe, à se mouvoir de façon convergente vers et à travers l'orifice 34 du brûleur.
Dans chacun des cas envisagés, on réalise la turbulence requise dans le contenu fluide de la chambre de gazéification, ce qui, conjointement avec la tempé- rature élevée de l'air et l'action exercée par les dards de flammes dans le sens de l'inhibition de la combustion, produit une combustion notablement améliorée au niveau de la flamme principale qui brûle à l'orifice du brûleur, tout en augmentant grandement la capacité du brûleur.
REVENDICATIONS.
1. Brûleur à combustible liquide comportant une enveloppe con- stituant une chambre allongée dans le sens horizontal, dans laquelle s'opère la vaporisation du combustible liquide et le mélange de la vapeur de ce com- bustible, avec l'air; des moyens qui déterminent une nappe de combustible liquide sur le fond de cette chambre, ladite enveloppe présentant à sa par- tie supérieure une couronne de brûleur qui surplombe une partie de la sur- face exposée de cette nappe, cette enveloppe présentant également, dans ses parois latérales, des ouvertures pour l'admission d'air primaire à ladite chambre, essentiellement sur la totalité de la surface de ladite nappe ; moyens pour fournir de l'air secondaire à ce brûleur ;
uncompartiment con- stituant une chambre à air le long de la partie supérieure de ladite premiè- re chambre, ce compartiment présentant une série d'ouvertures formant aju- tages dans sa paroi inférieure qui surplombe l'autre partie de la surface de ladite nappe, ces ajutages étant situés à un niveau inférieur à celui où se trouvent lesdits moyens d'admission d'air secondaire et étant disposé de façon à émettre des flammes en vue de rayonner de la chaleur directement vers ladite autre partie de la surface de la nappe ; des moyens pour con- trôler l'admission d'air audit compartiment.
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