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L'invention est relative à un brûleur et à un système de combustion pour fours industriels. Plus particulièrement, elle concerne un brûleur souple, pouvant fonctionner à des régimes d'alimentation en air de combustion variables dans des limites relativement larges et possédant un rapport de réduction de régime relativement élevé, ce brûleur étantcapable de donner une flamme stable et dont le caractère convienne spécialement au travail à effectuer.
Le brûleur et le système selon l'invention sont souples dans leur fonctionnement et produisent une flamme stable de carac- tère variable, en vue de son utilisation à des opérations diverses exécutées dans des fours de chauffe industriels. Ainsi, par exemple, une des réalisation ici décrites du brûleur selon l'invention,
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peut être utilisée dans un four à réchauffer à fosse à sous-sol et y produire une flamme relativement claire, extrêmement chaude et courte. De ce fait,' ce brûleur permet d'avoir, dans un four de ce type, une température uniformément répartie de haut en bas sans surchauffage des parties supérieures des lingots, de quelque ma- nière qu'ils puissent être placés dans le four.
Jusqu'ici, dans beaucoup de fosses à réchauffer, à retour de, courant des gaz chauds, la partie basse arrivait à la température voulue bien plus tard que celle-ci n'était atteinte à la partie haute, ou bien, lorsque dans ces fours de type antérieur on marchait à flamme relativement éclairante, on courait le risque de surchauffer la partie haute des lingots.
En outre, le brûleur selon l'invention convient pour fournir la flamme éclairante telle qu'on en désire souvent dans les fours à chauffer les brames et billettes dans lesquels il ne faut que peu ou pas de retour des gaz. Il a été constaté que le brûleur selon l'invention fonctionne de façon satisfaisante avec des pressions d'air de combustion relativement élevées, moyennes, ou relativement basses, sans préjudice pour la caractéristique de flamme qui a été choisie, en ce qui concerne sa clarté ou sa luminosité relative, et sans effet défavorable sur le rapport de réduction de régime du brûleur, qu'il y ait ou ou non excès d'air de combustion.
Il apparaît aussi que le brûleur selon l'invention réalise une distribution simple mais efficace de l'air de combustion sans appareillage spécial, guidages complexes, réglages ou disposi- tifs de mesure de natures cariées, utilisés dans les systèmes de brûleurs antérieurs.
D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante et des dessins ci-annexés, donnés à titre d'exemple seulement.
La fig. 1 est une élévation latérale en coupe d'un mode de réalisation d'un brûleur suivant l'invention, destiné à produire une flamme relativement claire.
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La fig. 2 est une vue prise suivant II-II fig.l, la douille de raccord étant enlevée du brûleur.
La fig. 3 est une coupe schématique d'un four à réchauffer à ..-se utilisant le brûleur représenté fig.'1 et 2.
La fig. 4 est une vue en coupe prise suivant IV-IV, fig.3.
La fig. 5 est une coupe d'un autre mode de réalisation du brû suivant l'invention, destiné à produire une flamme relati- verne, claire;
La fig. 6 est une vue en coupe prise suivant VI-VI fig.5.
La fig. 7 est une coupe partielle d'une variante du brû- leur représenté fig. 1 et 2.
La fig.g est la coupe d'un four à chauffer les brames ou billettes, dans lequel les brûleurs, tels qu'ils sont représentés fig. 7, sont utilisés pour le chauffage à flamme relativement éclairante de pièces à traiter traversant ce four.
En se reportant aux figs. 1 et 2, le brûleur qui y est représenté comprend un corps tubulaire 10, recevant l'air de combustion et qui peut être garni d'une matière réfractaire 11 applicable à l'état fondu. Une tubulure latérale 12 qui peut être d'une seule pièce avec le corps 10, sert à l'admission de l'air de combustion dans l'espace intérieur 13 du brûleur, lequel entoure un tube à combustible 14 qui peut être fait en un alliage approprié. L'arrière du corps de brûleur 10 peut être fermé par une plaque couvercle 15 amovible garnie de réfractaire 16 et possédant une ouverture centrale 17 pour le passage de l'extrémité arrière du tube à combustible 14.
L'extrémité arrière du tube à combustible 14 peut se visser dans une plaque d'embase 18 portant une bride annulaire percée de trous correspondant à des goujons 19 et destinés à recevoir ceux-ci, dont les écrous de fixation respectifs sont désignés par 20.
Un raccord en T pour le combustible 21 est muni d'une bride percée de trous en correspondance.avec les goujons 19, pour le passage de ceux-ci, et est maintenu contre une bague de garni-
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ture 22, qui à son tour est maintenue contre la bride de la plaque d'embase 18 par les susdits écrous 20. Le combustible, arrivant par le raccord 21, peut être, soit un gaz combustible tel que le gaz naturel ou du gaz de four à coke, soit un autre gaz., soit encore un fuel oil relativement fluide sous forme pulvérisée mélange avec un fluide pulvérisateur tel que de la vapeur ou de l'air vaporisa- teur comme celui qui serait produit par un atomiseur de brûleur à pétrole du type dit à émulsion (ET), bien connu à l'homme de l'art.
Des atomiseurs d'autres types peuvent aussi être utilisés pour alimenter en combustible le brûleur selon l'invention.
A l'extrémité avant de l'espace 13, à l'intérieur du corps 10, est prévue une cloison 23 d'impact de l'air de combustion, de préférence en matière réfractaire, qui est en contact étroit avec le corps 10 par sa surface périphérique 24. La face avant 27 et la face arrière 28 de la cloison 23 représentée, seront de préférence normales à l'axe du brûleur et à l'axe du tube à combus- tible 14 qui coïncide avec l'axe du brûleur.
La cloison 23, dans la réalisation représentée, est percée d'une série d'ouvertures 25 de direction axiale et la traversant de part en part. Les entrées 26 des ouvertures 25 peu- vent avoir leurs bords arrondis pour faciliter l'écoulement de l'air à l'entrée et à la traversée des ouvertures 25, la surface totale des sections transversales des ouvertures 25 étant suffisan- te pour les besoins en air de combustion du combustible arrivant par le tube à combustible 14. La longueur de chaque ouverture 25 doit être telle, par rapport à son diamètre, qu'elle exerce un effet directionnel sur l'air de combustion qui le traverse, cet effet étant pratiquement indépendant de la pression d'air de combustion choisie et de l'application particulière à laquelle est destiné le brûleur représenté.
Dans cette réalisation représentée chacune des ouvertures 25 a une longueur d'environ 3 fois son diamètre. De ce fait, particulièrement aux vitesses relativement élevées produi- tes par les pressions avec lesquelles l'air de combustion rentre
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dans l'espace 13 et qui sont d'environ 127 mm d'eau ou davantage, les ouvertures 25 tendent à agir comme des injecteurs d'air et exercent un effet d'aspiration. L'air de combustion peut être fourni au brûleur à la température ambiante ou autrement, à volon- té.
Une ouverture centrale 29, traverse entièrement la cloi- son 23, pour fournir un passage pratiquement sans jeu au tube d'arrivée de combustible 14, le tube qui traverse la cloison. On peut, le cas échéant, sceller la surface de l'ouverture 29 à la surface extérieure du tube 14, sauf dans le cas où l'on veut pou- voir retirer le tube d'arrivée de combustible pour le remplacer facilement par un autre choisi en vue de la production d'une flamme stable de caractère différent, quand le service, auquel doit être employé le nouveau brûleur, est changé. Si la surface de l'ouvertu- re 29 n'est pas scellée au tube à combustible 14, on peut facilement faire glisser ce tube dans et hors de l'ouverture 29 pour le montage ou le démontage, respectivement, du brûleur.
L'enlèvement des @ écrous 20, dans le cas où le tube à combustible 14 doit être retiré, permettrait de mettre à sa placeun autre tube à combustible tel que celui qui est représenté fig. 7, par exemple, ce qui donne la possibilité de régler le type de flamme que l'on veut obtenir.
La réalisation représentée fig. 1 et 2 est celle d'un brûleur à flamme relativement claire. Pour obtenir une flamme stable de ce type, il est prévu une tuyère 30 débordant un peu sur l'avant de la face 27 et dont les orifices de sortie du combus- tible 31 traversent la paroi latérale de la tuyère 30. Les axes des orifices de sortie du combustible 31 font un angle avec l'axe du brûleur et du tube à combustible 14. Les axes des orifices de sortie du combustible 31 passent de préférence dans les intervalles entre les bords des trous adjacents de passage de l'air de combustion 25.,. comme on peut le voir fig. 2.
Bien que, dans la réalisation représen- tée fig. 1 et 2, la tuyère 30 soit soudée à l'extrémité avant du tube à combustible 14 de manière à faire partie intégrante de
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celui-ci, on peut.aussi facilement agencer, de façon telle ,cette tuyère que l'on puisse la séparer de 1 Extrémité avant du tube à combustible 14, chaque fois que l'on désirera que la tuyère soit amovible.
L'extrémité avant du brûleur qui vient d'être décrit s'applique contre l'extrémité arrière d'une douille de raccord réfractaire 32, l'intervalle entre ces deux pièces étant générale- ment obturé. La douille 32 est disposée comme à l'ordinaire dans une paroi réfractaire d'un four industriel à haute température et possède un passage 33 dans lequel se forme un mélange combustible constitué par la réunion du combustible arrivant par les sorties 31 et de l'air de combustion arrivant par les ouvertures 25.
Un des nombreux modes possibles d'installation du brûleur, montré par les figs. 1 et 2, est représenté fig. 3 et 4. Celles-ci montrent schématiquement un four à réchauffer à fosse 34 de forme rectangulaire, à foyer supérieur, revêtu d'une garniture réfractaire et muni d'une cloison d'extrémité 35 dans laquelle peut se monter la douille de raccord 32, avec un brûleur tel que représenté par les figs. 1 et 2. La fosse 34 peut recevoir un couvercle 36 doublé d'une garniture réfractaire. Elle peut contenir des lingots d'acier 37 reposant sur sa sole 38. Un passage de sortie 39 des gaz perdus, peut être ménagé dans la cloison 35 au voisinage du fond de la fosse 34 pour l'évacuation de ces gaz dans un carneau 40 aboutissant à une cheminée.
Quand la fosse à réchauffer 34 est en marche, on peut y établir un recyclage des gaz chauds, comme l'indiquent les flèches 41.
La construction du brûleur selon l'invention permet de faire démarrer une telle fosse à réchauffer 34 et d'y faire monter pratiquement simultanément, la température à la partie basse jusqu'à celle de la partie haute, sans risque de surchauffer ou de "brûler" le haut des lingots 37. Jusqu'ici, on'Seyait employer le "réchauffa- ge" du four pour amener les températures .dans la partie basse d'un tel four à la température de la partie -haute, avant que le
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"réchauffage" des lingots eux-mêmes, à leur partie inférieure tout au moins, ne commençât à la température voulue.
Il a été constaté que le brûleur selon l'invention procure les avantages mentionnés ci-dessus dans un four à réchauf- fer, tel qu'illustré par la figure, dans lequel on recycle des gaz.
Ainsi, la flamme produite par ce brûleur est relativement courte, extrêmement chaude et relativement claire. Elle ne surchauffe pas et ne rayonne pas une chaleur excessive sur le haut des lingots 37,
De plus, le nouveau brûleur fournit une flamme stable avec des combustibles variés, avec des rapports de réduction de régime relativement élevés et pour des pressions et des débits d'air de combustion pouvant varier entre des limites relativement larges pour un calibre donné de brûleur.
Par exemple, un brûleur tel que celui représenté fig. 1 et 2, fonctionnera de manière satisfaisante avec des vitesses de combustible ou d'air de combustion relativement faibles, correspondant à une pression de 25 mm de hauteur d'eau ou même plus basse; il fonctionnera également de manière satisfai- sante avec des vitesses moyennes, telles que celles qui seraient produites par une pression d'environ 75 mm d'eau.ou au-dessus; et il fonctionnera encore de façon satisfaisante avec des vitesses relativement élevées telles que celles qui pourraient être produi- tes par une pression d'environ 250mm d'eau ou davantage.
En même temps, le rapport de réduction du régime du brûleur est excellent, la flamme restant stable même lorsqu'on réduit .fortement le débit du combustible ou que la quantité d'air de combustion devient fortement surabondante par rapport au besoin théorique. En outre encore, la flamme produite par ce brûleur tend à rester à proximité de la face avant 27 de la cloison 23, même en fonctionnement sous des pressions assez élevées. Ce fait peut se remarquer particulière- ment autour des extrémités de sortie des ouvertures d'air de combustion 25 et dans le canal 33. Il faut aussi noter qu'une cloison telle que la cloison 23 rend inutile tout dispositif spécial destiné à répartir l'air de combustion ou à faire varier son
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écoulement comme on en employait jusqu'ici.
La variante représentée figs. 5 et 6 donne également une flamme stable, relativement courte, extrêmement chaude et relativement claire, tout en procurant les avantages décrits à propos de la réalisation représentée fig. 1 et 2. Les parties correspondant pratiquement, aux points de vue construction et rôle, aux éléments* de la réalisation des figs. 1 et 2, ont reçu les mêmes numéros de référence avec addition d'un indice prime.
Dans cette variante, le canal 33' va en se rétrécissant au lieu d'aller en s'évasant, de sorte que l'ouverture de sortie 42 du canal 33' est relativement plus petite que la section du canal 33'en arrière de cette ouverture. Le contour périphérique délimi- tant ladite ouverture de sortie 42, peut être circulaire comme représenté sur les figures, ou bien on p eut lui donner une forme rectangulaire, comme par exemple lorsqu'un brûleur tel que représen- té par les figs. 5 et 6 doit être utilisé dans un four type Fretz-Moon, pour le chauffage des bords des bandes destinées à la fabrication de tuyaux. En outre, dans la réalisation des figs.5 et 6, les orifices de sortie 31' du combustible de la tuyère 30' sont orientés dans des directions divergentes au lieu d'être perpendicu- laires à l'axe du brûleur comme c'est le cas dans la réalisation de la fig. 1.
La fig. 7 représente une modification de la réalisation des figs. 1 et 2. Le brûleur selon la fig. 7 donnera une flamme stable et relativement lumineuse ou une flamme relativement claire.
Pour des vitesses relativement faibles ou moyennes, de l'air de combustion à la sortie des ouvertures 25" de la cloison 13", le brûleur selon la fig. 7 donne des flammes relativement lumineuses.
Par ailleurs, pour des vitesses d'air de combustion relativement plus élevées, pouvant être produites par des pressions de l'ordre de 125 mm d'eau et au-dessus à l'arrière de la cloison 23", le giclage périphérique non annulaire de l'air de combustion parait avoir un effet mélangeur et aspirant qui produit une flamme stable
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relativement claire. En fait, dans les divers modes d'exécution de l'invention, plus la pression d'air de combustion, fournie à ces brûleurs, est élevée, plus la flamme tend à être relativement courte et claire. Il parait aussi que pour toutes les pressions d'air de combustion, dans les divers modes d'exécution, on a une flamme dont la section transversale s'étend uniformément autour de l'axe du brûleur.
Dans beaucoup de fours à chauffer les brames et billettes, dont un des nombreux modes d'exécution est représenté fig.8, on cherche à avoir une flamme relativement éclairante. Les éléments de la fig. 7 qui correspondent substantiellement, aux points de vue construction et rôle, aux éléments du mode de réalisation représen- té fig. 1 et 2, ont reçu les mêmes numéros de référence avec addition d'un indice seconde. Les parties de l'en.:. vile du brûleur de la fig. 7 et de sa douille de raccord qui ne sont pas entièrement figurées peuvent être parfaitement semblables à celles qui sont représentées et décrites dans les figs. 1 et 2.
Les avantages que présente le mode de réalisation des figs. 1 et 2, en ce qui concerne le caractère stable de la flamme et la capacité du brûleur d'avoir un excellent rapport de réduction de régime, d'utiliser de l'air de combustion à des pressions variant dans de larges limites et de s'accomoder de notables quantités d'air en excès par rapport aux besoins théoriques correspondant au combustible consommé, se retrouvent dans le mode de réalisation de la fig. 7. Toutefois, selon cette figure, le tube d'arrivée de combustible 14" fait sortir le combustible dans une direction pratiquement parallèle aux axes des ouvertures de passage 25" de l'air de combustion.
La flamme produite par le nouveau brûleur dans la réalisation représentée fig. 7, est relativement éclairante pour des pressions et vitesses d'air de combustion faibles ou moyennes, même avec un combustible pulvérisé ou gazeux brûlant rapidement. Une application possible du brûleur selon la fig. 7 utilisant des pressions d'air donnant des flammes relativement éclairantes est montrée fig. 8.
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Dans la figure 8 est représenté un four 43 à trois zones destiné à chauffer les brames et utilisant des brûleurs selon fig. 7, ayant un corps 10" et les autres éléments décrits ci-dessus.
Dans le four 43, les pièces à traiter, qui peuvent être des brames 44, sont poussées dans et à travers le four par un poussoir 45 au-dessus d'une sole enclose entre les parois du four 46. Les brames sortent à l'extrémité de décharge 47 du four 43, comme le montre la figure, et traversent avant cette sortie les zones de chauffe 48, 49 et 50. Ces zones peuvent être chauffées par des flammes relativement éclairantes convenant pour la chauffe des brames, au moyen des brûleurs 10" agencés selon l'invention, de la manière représentée fig.8, sans retour des gaz chauds qui peuvent sortir par un carneau commun 51 voisin de l'extrémité d'entrée du four.
La flamme éclairante produite par les brûleurs établis selon la fig. 7 est relativement longue et chauffe sur une distance rela- tivement grande pendant la combustion.
Bien entendu, on peut apporter aux brûleurs qui viennent d'être décrits des modifications de détail, sans s'écarter de l'es- prit ni du cadre de l'invention.
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