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La présente invention concerne, en général, des brûleurs pour carburants liquides. L'invention a plus particulièrement trait à un brûleur du type vertical ou à débit vertical, destiné à être utilisé dans des fours et de façon générale et plus particulière., dans des fours du type industriel ayant une grande capacité de chauffage. En outre, l'invention concerne spécialement un brûleur vertical prévu pour des carburants lourds.
Par "carburants liquides", on entend à la fois des carburants qui sont principalement fournis sous forme de liquides et qui sont ensuite pulvérisés dans le brûleur, ainsi que les carburants qui sont fondamentalement solides, sous
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leur forme d'origine, mais qu'on a broyés pour en faire une poudre ou au moins des particules assez finement divisées, ce dernier type de carburant solide étant de ceux qui peuvent être éjectés hors de l'ajutage, sous la forme d'une suspen- sion. ce qui fait qu'il se comporte comme un fluide.
On a constaté que, dans le cas où l'on utilise des carburants lourds, on se heurte à.des difficultés pour obtenir leur combustion complète. Ceci est particulièrement vrai dans le cas où l'on utilise le brûleur comme brûleur vertical.
Le problème est surtout important lorsque l'on utilise des brais de raffineries à viscosité et à densité élevées. De tels carburants, qui comportent des pourcentages de brai relative- ment grands, créent une situation telle que même lorsque le brûleur fonctionne dans des conditions maxima de chauffe, il se produit un égouttement de carburant non brûlé qui retombe dans la structure d'amenée d'air primaire au brûleur.
Il en résulte une obstruction qui s'ajoute à une accumula- tion malpropre d'huiles poisseuses. Ainsi, non seulement le fonctionnement est relativement inefficace, mais encore on se heurte aux difficultés de fonctionnement déjà mentionnées.
Il y a lieu de remarquer qu'il faut se-attendre à des difficultés similaires dans le cas où un brûleur vertical utilise d'autres types de carburants qui comportent des constituants lourds, tels que certains types de combustibles finement divisés, par exemple de la houille en poudre ou un combustible analogue.
Compte tenu de ce qui précède, la présente invention a pour objet: - un type supérieur de brûleur vertical permettant de brûler des combustibles du type lourd; - une structure perfectionnée destinée à un brûleur du type vertical, cette structure étant telle qu'une partie des produits de la combustion, à mesure qu'ils quittent le
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courant éjecté de l'ajutage du brûleur, est remise'en circula- tion dans le courant-des gaz entretenant la combustion qui sont introduits autour de l'ajutage du brûleur;
- un brûleur vertical d'une construction ''perfection- née telle qu'il ne se présente avec ce brûleur aucune diffi- culté lors de la combustion des qualités les ?!??:-lourdes de carburants et qu'on obtient une combustion complète --'et entière de ces carburants.
Conformément à l'invention, on a prévu un brûleur particulièrement conçu pour brûler des carburants lourds se présentant sous une forme appropriée pour être pulvérisés, ce brûleur comportant: un ajutage de pulvérisation comportant une sortie destinée à'un jet de carburant pulvérisé; un dispositif d'amenée d'air servant à fournir de l'air sup- plémentaire au carburant pulvérisée un passage à air, en forme de venturi, entourant l'ajutage précité, de manière à éjecter un mélange combustible carburant-air hors de l'une des extré- mités dudit passage, le dispositif d'amenée d'air étant disposé à l'autre extrémité du passage;
enfin, un dispositif assurant la remise en circulation d'une partie des produits de combustion naissants quittant ledit passage à l'une de ses extrémités, pour la ramener dans le passage en un point situé sensiblement au niveau de la sortie de l'ajutage.
Afin que l'on puisse comprendre plus complètement l'invention, on va maintenant'la décrire en se référant au dessin annexé, sur lequel : la fig. 1 est une vue en coupe verticale représentant un brûleur du type à double bloc monté dans le plancher d'un four ou d'un appareil analogue, cette coupe étant faite par 1-1 de la fig. 2, en regardant dans le sens des flèches; la fig. 2 'est une vue en plan et en coupe, faite par 2-2 de la fig. 1; la fig. 3 est une vue en coupe verticale d'un brûleur du typo à un seul blo c;
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la fig. 4 est une vue en coupe horizontale, faite par 4-4 de la fig. 3, en regardant dans le sens des flèches; enfin, la fig. 5 est une vue en plan, partiellement en coupe, faite par 5-5 de la fig. 3.
En se référant à la fois aux figs. 1 et 2 du dessin mais surtout en se référant à la fige 1, on remarque que le brûleur comprend un conduit 11 d'amenée de carburant qui est orienté verticalement et qui est situé au centre, le long de l'axe vertical du brûleur. A l'extrémité supérieure ou bout du conduit 11 se trouve un ajutage 12 qui peut af- fecter toute forme désirée, qui dépend en partie du type de carburant à utiliser. A titre indicatif, on va supposer que le conduit 11 et l'ajutage 12 constituent un ajutage de 'brûleur du type servant à pulvériser de la vapeur. Il y a lieu de remarquer que ce brûleur lui-même fonctionne aussi bien dans le cas où l'ajutage 12 de pulvérisation est d'un type mécanique.
Autour de l'ajutage entier, constitué par l'ajutage ou conduit 11 d'amenée du carburant et par l'extrémité 12 de l'ajutage, se trouve un bloc cylindrique en matière réfrac- taire 13 qui comporte un passage 14 de venturi situé au centre de ce dernier. On doit noter que ce bloc cylindrique 13 peut être aussi bien construit en d'autres types de matières ré- sistant à la chaleur qu'en matière réfractaire; par exemple il peut, entre autres, être en acier inoxydable. En consé- quence, même lorsqu'on se réfère au bloc 13 " en matière réfrac- taire " pour la commodité de la description, on n'a nullement l'intention d'exclure d'autres matières.
L'emplacement relatif de ce passage 14 du venturi et du cylindre réfractaire 13, par rapport au conduit 11 de carburant et à son ajutage 12, est tel qu'ils sont coaxiaux.
L'ajutage 12 est situé au centre du passage 14 du venturi, lé-
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gèrement au-dessous du diamètre minimum (ou étranglement) 15 du passage du venturi. Le bloc réfractaire 13 est supporté par une structure de bottier 19 qui peut être fixée de toute manière pratique à une couche ou paroi mince extérieure 20 du four. Dans l'agencement illustré, on remarquera qu'un rebord large (ou bague) 21 est soudé à la paroi mince 20 du four, la matière de cette bague étant la même que celle de la paroi mince 20 du four. Un disque annulaire (ou plaque) de support 22 est soudé au bord inférieur de la bague 21 . Le boîtier 19 proprement dit est fixé au disque ou plaque de support 22 par tout moyen approprié, par exemple par soudage.
Le bottier 19 comprend: un disque annulaire ou bague 23 qui se trouve juste au-dessous du disque 22 et qui porte contre ce 'dernier; une bande ou une courte paroi latérale cylindrique 24, qui est soudée à la bague ou disque 23 ; enfin, une plaque (ou disque) de base 25 qui est soudée au bord inférieur de la paroi 24.
Au centre de la plaque de base 25 du boîtier 19 est ménagée une ouverture ou trou 28 qui se trouve 'directement au-dessous et dans l'alignement de l'extrémité inférieure du passage 14 du venturi, de manière à coïncider avec ce dernier.
A la plaque de base 25, autour des bords du trou 28, est sou- dée ou fixée d'une autre manière, une structure 29 supportant l'ajutage et sur laquelle est monté un manchon-palier 30.
Le palier 30 supporte à son tour, de façon coulissante, le conduit 11 de l'ajutage.
On remarquera que l'on peut régler l'extrémité 12 de l'ajutage réglée dans le sens vertical pour l'amener en position, ou en place, dans le passage 14 du venturi au moyen de tout agencement mécanique pratique tel que:celui qui est représen- té . Cet agencement, d'une part, comprend une crémaillère 34 qui est fixée à demeure sur l'un des côtés du conduit 11 d'amenée du carburant et qui s'étend longitudinalement le long A
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de ce dernier et, d'autre part, un pignon 35 qui engrène avec la crémaillère 34 en vue de provoquer un déplacement ver- tical ou de mise en position de la crémaillère, par un cou- lissement vertical de monte et baisse du conduit 11 qui y est fixé, lors de la rotation du pignon 35.
On a prévu également une poignée 36 fixée à un arbre 37 qui porte le pignon 35 qui est rendu solidaire de cet arbre, en vue de sa rotation avec ce dernier. Ainsi, on peut rapidement procéder,à un réglage mécanique en vue de régler, si on le désire, la flamme du brûleur,en modifiant la position relative de l'extrémité 12 de l'ajutage dans les limites de la longueur du passage 14 du venturi .
Il y a lieu de faire observer que le bloc 13 en ma- tière réfractaire présente, dans son ensemble, un contour cylindrique, mais qu'il existe plusieurs encoches (ou passages) 40 s'étendant verticalement, qui sont circonférentiellement es- pacées les unes des autres autour de la surface extérieure du bloc 13. Il existe, à la partie inférieure de chaque passage 40, une courte ouverture radiale 41 qui s'étend à travers le- bloc réfractaire 13,de manière à faire communiquer chaque passage 40 avec le passage 14 du venturi, dans la partie étran- glée 15, mais légèrement au-dessous du diamètre minimum de cette partie. Un capot cylindrique 42, relativement mince, entoure le bloc réfractaire 13.
Ce capot 42 s'emboîte étroi- tement sur la partie de diamètre maximum du bloc réfractaire 13 et il constitue la paroi ou limite extérieure de la partie verticale 40 des passages 40, 41, de remise en circulation.
Sur les bords supérieurs de la partie principale cylindrique droite du capot 42 se trouve une bague tronconique 43 qui fait partie intégrante des bords supérieurs du capot et qui s'étend vers l'intérieur, sur une distance telle que le bord supérieur de la bague 43 soit directement au-dessus de la surface inté-
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rieure ou surface courbe de rayon minimum des passages 40 de. remise en circulation. Le capot 42 ainsi que son bord 43 incliné vers l'intérieur sont en une matière résistant aux températures élevées, par exemple en acier spécial ou en ma- tière analogue.
'Un tube-manchon 48, coaxial à la structure du brû- leur, entoure la partie supérieure de la structure du brûleur décrite ci-dessus, ce tube-manchon 48 pouvant être en matière réfractaire et s'étendant vers le haut à travers toute l'épais- seur d'une couche réfractaire 49 du plancher du four.
On remarquera qu'il existe des ouvertures ou des lumières 52 d'admission de l'air primaire situées dans la structure de support 29 qui supporte le conduit 11 de l'aju- tage d'admission du carburant. Ces passages d'admission d'air primaire peuvent être réglables, si on le désire, par exemple au moyen de la structure représentée et qui est constituée par une paroi extérieure 53 et par une paroi inté- rieure 54 qu'on peut faire tourner l'une par rapport à l'autre autour du palier 30, ce qui fait que l'on peut régler la dimension des lumières ou des ouvertures 52 en faisant plus ou moins coïncider des trous pratiqués dans la paroi exté- rieure 53 avec ceux de la paroi intérieure 54. D'une manière analogue, il existe une structure d'almission d'air extérieur ou secondaire qui ,
comporte plusieurs ouvertures ou lumières 55 par lesquelles l'air secondaire peut passer pour pénétrer dans l'espace entourant le capot 42 et'parvenir dans le tube- manchon 48. Ici encore, on peut régler la section utile des ouvertures 55 permettant le passage de l'air secondaire, en prévoyant un déplacement coulissant relatif entre la paroi latérale intérieure 24 et une paroi extérieure 58 qu'on peut fixer de toute manière pratique, par exemple en la faisant reposer de façon coulissante sur un rebord 59 qui est fixé par soudage à la plaque de base 25.
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FONCTIONNEMENT -
On peut mieux décrire le fonctionnement du brûleur en se référant à la fig. 1 sur' laquelle on peut voir que le carburant est projeté sous forme d'un jet pulvérisé verticale- ment vers le haut à partir de l'extrémité 12 de l'ajutage, comme indiqué sur le dessin. Coince on l'a mentionné précédemment ce courant de particules finement divisées de carburant peut être créé de toute manière possible, par exemple par l'utili- sation d'un ajutage de pulvérisation de vapeur d'eau, ou bien par l'utilisation d'un ajutage de pulvérisation du type dit "mécanique".
On se rendra compte que l'ajutage de pulvé- risation du type mécanique pour carburants liquides est un ,ajutage dans lequel on utilise un orifice de dimension rela- tivement petite, en association avec une source à pression élevée du carburant liquide qui y est introduit. De cette façon, non seulement l'émission du carburant liquide se fait par projection, mais, en même temps, ce carburant est frag- menté en particules finement divisées, c'est-à-dire qu'il est pulvérisé.
Un tel jet de carburant pulvérisé crée un courant . d'air d'admission qui est aspiré vers le-haut à travers le passage 14 du venturi, une fois ou'il a pénétré par les passages 52 d'admission d'air primaire. Il se forme ainsi un mélange combustible de carburant et d'air dans le passage 14 du venturi, et la flambe s'entretient ordinairement d'elle- même en commençant à une distance relativement faible de l'extrémité d'éjection de l'ajutage 12.
En d'autres termes, les produits de la combustion naissent et restent dans cet état sur une certaine distance pendant qu'ils sont encore dans le passage 14 du venturi et après l'avoir quitté. Alors à mesure que ces produits de combustion continuent à être éjectés vers le haut et vers 3'extérieur du brûleur proprement
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dit, en direction du tube-manchon 48 et de l'intérieur du four ou bien en tout endroit où l'on utilise le brûleur, ils passent au delà des bords supérieurs du capot 42, ce qui fait que les bords extérieurs de ce courant de produits naissants et autres produits de combustion sont déviés par la bague tronconique 43 du capot et sont ramenés dans les passages 40 de remise en circulation,
ménagés autour des bords du bloc réfractaire 13 (dans lequel le passage 14 du venturi est formé). Une telle remise en circulation des produits de combustion très chauds a lieu en raison de l'action normale de venturi, qui a pour effet de créer une pression plus basse près de l'étran- glement 15 du passage 14 du venturi. Ainsi-, la partie déviée des produits de combustion naissants est aspirée vers le bas et passe par les passages 40 et par les ouvertures radiales 41 pour parvenir dans le courant d'air entrant qui entoure le conduit 11 de l'ajutage et le bout 12 de l'ajutage. De cette manière, les produits de combustion très chauds naissants provoquent une forte élévation de température du courant d'air entrant avant qu'il atteigne les bords inférieurs ou l'origine de la 'flamme du brûleur.
De cette façon, le mélange entrant est chauffé au-dessus de sa température de vaporisation de façon à provoquer une nouvelle vaporisation complète de toutes les particules lourdes du carburant qui se forment et qui tendent ou commencent à retomber à l'extérieur du courant de carburant' En conséquence,, il se produit une vaporisation complète de la totalité du carburant utilisé, même si le brûleur fonctionne comme un brûleur vertical dans une position complètement verticale. Il y a lieu de remarquer que dans ce mode de réalisation, la combustion complète du carburant utilise une certaine quantité d'air secondaire entrant par les lumières 55, comme indiqué ci-dessus. Cette quantité re- présente environ 20 à 40% de la quantité totale de l'air admis.
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Il y a lieu de noter qu'au moyen du dispositif de réglage décrit précédemment, en ce qui concerne le conduit 11 de l'ajutage et son extrémité d'éjection 12 (crémaillère 34 et pignon 35), on peut régler le brûleur en vue de permettre son fonctionne- ment avec diverses qualités de carburant, afin de pouvoir utiliser même le carburant le plus léger si cela devient nécessaire, en cas d'urgence. I,e réglage en vue d'un tel fonctionnement d'urgence consiste à soulever l'extrémité 12 de l'ajutage jusqu' à la partie supérieure, ou même au- dessus de la partie supérieure du passage 14 du venturi, étant donné que les effets de la remise en circulation deviendraient alors inutiles.
On a représenté sur les figs. 3, 4 et 5, une variante 'du brûleur conforme à l'invention. Cette forme de brûleur est un type de brûleur dit : "à bloc unique", ce qui signifie que la structure entière du brûleur est logée dans un boîtier à un seul élément et que la totalité de l'air entretenant la combustion est aspirée par un seul passage d'admission d'air au brûleur. Fondamentalement, les élémentsde ce brûleur sont les mêmes que ceux qui sont utilisés dans la partie intérieure du mode de réalisation décrit ci-dessus. En conséquence, on ne décrira pas, à nouveau, en détail, les particularités de ces éléments, ni leur relation mutuelle de fonctionnement.
En se référant aux figs. 3, 4 et 5, on voit qu'elles représentent une partie d'un plancher 62 de four qui comporte la couche épaisse habituelle de matière réfractaire supportée par une enveloppe extérieure 63 en matériau de construction, tel que de l'acier ou une matière analogue. Dans une ou- verture appropriée, pratiquée à travers le plancher-62, est logé un capot cylindrique 64 qui peut être construit en toute matière possible résistant à la chaleur,, telle que de ;L'acier inoxydable.
Au bord supérieur du capot 64 est fixée,de ma-
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nière à en faire partie intégrante, une bague tronconique 65 qui sert à créer la déviation d'une certaine quantité des produits de combustion naissants, de la façon précédemment décrite en ce qui concerne le premier mode de réalisation représenté sur les figs. 1 et 2.
Dans le capot 64 est concentriquement logé un bloc cylindrique 68 en matière résistant à la chaleur et dont la section transversale interne présente une configuration analogue à un passage du type en forme de venturi, comme cela est claire- ment illustré. Sur la périphérie extérieure du bloc 68 sont ménagés plusieurs passages axiaux constitués par des rainures 69 qui s'étendent depuis la partie supérieure du bloc 68, en direction du bas, à l'intérieur du capot 64 qui entoure le bloc 68 presque jusqu'à la partie inférieure de ce dernier.
Avec l'extrémité inférieure de chacun des passages axiaux 69 commu- nique un passage (ou ouverture) radial correspondant 70, ce qui fait qu'il existe plusieurs passages qui partent du bord extérieur, situé à la partie supérieure du bloc 68 et s'étendent vers le bas pour déboucher dans l'étranglement du passage du venturi pratiqué dans le bloc, légèrement au-dessous du diamètre minimum de ce passage.
A l'enveloppe 63 du four est fixée de toute manière pratique, par exemple au moyen de plusieurs boulons longs 72, une plaque de support 73 servant à maintenir un ajutage 74 d'alimentation du brûleur qui est situé à l'extrémité d'un conduit d'alimentation 75. Ce dernier est supporté, de toute manière pratique, sur la plaque 73; on peut, par exemple, utiliser des supports 76 constituant des fourreaux de palier.
Ici encore, on prévoit, dans cette variante, un dispositif de réglage cylindrique coulissant permettant de régler la posi- tion de l'ajutage 74 dans le brûleur. Un tel réglage peut être réalisé au moyen de n'importe quelle structure pratique, telle
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que celle qui comporte la crémaillère 80, le pighon 81 et la poignée 82 servant à faire tourner ce dernier et qui est représentée schématiquementd
La plaque 73 supporte également plusieurs ailet- tes 85, uniformément réparties sur une circonférence concentrique au conduit d'amenée 75. Ces ailettes 85 peuvent être montées de toute manière pratique, telle que celle qui est illustrée; elles sont, par exemple, fixées par leur bord inférieur à un axe 86.
Les axes 86 sont maintenus en place au moyen d'écrous 87 fixés sur leur extrémité. Il y a lieu de noter que ces ailettes 85 sont montées (de manière à faire un angle avec la tangente) toutes dans le même sens autour de la circonférence. Le but de ces ailettes 85 est de faire tourner l'air entrant, d'une manière générale en spirale, à mesure qu'il est aspiré à travers le brûleur.
Il y a lieu de noter que la construction parti- culière utilisée comporte des rainures étroites 90 taillées dans le bloc 69, à l'emplacement périphérique de chacun des boulons de support 72. Cette disposition permet d'avoir facilement accès aux boulons lors du mon- tage et du démontage de la structure du brûleur tout en réduisant également la quantité de matière résistant à la chaleur, qui constitue le bloc 68.
On remarquera que, dans cette variante., la quan- tité entière de l'air nécessaire pour entretenir la combustion est aspirée dans le brûleur., sans aucune in- troduction d'air secondaire. Toutefois, d'une manière générale, le fonctionnement du brûleur, en ce qui concerne la remise en circulation des Droduits de combustion naissants, a sensiblement lieu corme décrit précédemment en ce qui concerne l'autre mode de réalisation.
Il est bien évident que les modes de réalisation
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décrits ci-dessus et représentés sur le dessin annexé ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif et que l'on peut y apporter diverses modifications sans s'écarter pour cela de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Brûleur particulièrement prévu pour brûler des car- burants lourds, se présentant sous une forme pouvant convenir pour être pulvérisés, caractérisé en ce qu'il comprend un ajutage de pulvérisation comportant un dispositif d'éjection d'un jet de carburant pulvérisé et un dispositif d'admission d'air destiné à fournir de l'air supplémentaire au carburant pulvérisé, un passage en forme de venturi, destiné à envoyer de l'air, entoure l'ajutage précité afin d'éjecter un mélange combustible de carburant et d'air à partir de l'une de ses extrémités, ce dispositif d'admission d'air étant disposé à l'autre extrémité de ce passage, et un dispositif qui remet en circulation une partie des produits de combustion naissants quittant le passage précité par la première des extrémités mentionnées,
pour les ramener dans le passage en un point situé sensiblement au niveau de la sortie d.e l'ajutage.
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The present invention relates, in general, to burners for liquid fuels. The invention relates more particularly to a burner of the vertical type or with vertical flow, intended for use in ovens and in general and more particularly, in ovens of the industrial type having a large heating capacity. Furthermore, the invention especially relates to a vertical burner intended for heavy fuels.
By "liquid fuels" is meant both fuels which are primarily supplied in the form of liquids and which are then sprayed into the burner, as well as fuels which are basically solid, under
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their original form, but which have been ground to make a powder or at least fairly finely divided particles, the latter type of solid fuel being of those which can be ejected out of the nozzle, in the form of a suspension. which makes it behave like a fluid.
It has been found that, in the case where heavy fuels are used, difficulties are encountered in obtaining their complete combustion. This is particularly true in the case where the burner is used as a vertical burner.
The problem is especially significant when using high viscosity and density refinery pitches. Such fuels, which have relatively large pitch percentages, create a situation such that even when the burner is operating under maximum heating conditions, there is a dripping of unburned fuel which falls back into the supply structure. primary air to the burner.
The result is a clogging which is added to a messy buildup of sticky oils. Thus, not only is the operation relatively inefficient, but also the operating difficulties already mentioned are encountered.
It should be noted that similar difficulties are to be expected if a vertical burner uses other types of fuels which have heavy constituents, such as certain types of finely divided fuels, for example coal powder or the like.
In view of the above, the subject of the present invention is: - a higher type of vertical burner making it possible to burn fuels of the heavy type; - an improved structure intended for a burner of the vertical type, this structure being such that part of the products of combustion, as they leave the
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current ejected from the burner nozzle is recirculated in the stream of combustion sustaining gases which are introduced around the burner nozzle;
- a vertical burner of an '' perfected construction such that there is no difficulty with this burner during the combustion of the lowest qualities?! ??: - heavy fuel and that a combustion is obtained complete - 'and whole of these fuels.
According to the invention, there is provided a burner particularly designed to burn heavy fuels which are in a form suitable for being sprayed, this burner comprising: a spray nozzle comprising an outlet for a jet of sprayed fuel; an air supply device for supplying additional air to the atomized fuel an air passage, in the form of a venturi, surrounding the aforementioned nozzle, so as to eject a fuel-air mixture out of the one of the ends of said passage, the air supply device being disposed at the other end of the passage;
finally, a device ensuring the recirculation of part of the incipient combustion products leaving said passage at one of its ends, to bring it back into the passage at a point situated substantially at the level of the outlet of the nozzle.
In order for the invention to be more fully understood, it will now be described with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 is a vertical sectional view showing a burner of the double block type mounted in the floor of an oven or the like, this section being taken through 1-1 of FIG. 2, looking in the direction of the arrows; fig. 2 'is a plan view in section, taken at 2-2 of FIG. 1; fig. 3 is a vertical sectional view of a type burner with a single block c;
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fig. 4 is a horizontal sectional view, taken at 4-4 of FIG. 3, looking in the direction of the arrows; finally, fig. 5 is a plan view, partially in section, taken at 5-5 of FIG. 3.
Referring both to Figs. 1 and 2 of the drawing, but above all with reference to fig 1, it can be seen that the burner comprises a fuel supply duct 11 which is oriented vertically and which is located in the center, along the vertical axis of the burner. At the upper end or end of conduit 11 is a nozzle 12 which can take on any shape desired, which depends in part on the type of fuel to be used. As a guide, it will be assumed that the conduit 11 and the nozzle 12 constitute a burner nozzle of the type used to spray steam. It should be noted that this burner itself works equally well in the case where the spray nozzle 12 is of a mechanical type.
Around the entire nozzle, consisting of the nozzle or conduit 11 for supplying the fuel and the end 12 of the nozzle, there is a cylindrical block of refractory material 13 which has a venturi passage 14 located in the center of the latter. It should be noted that this cylindrical block 13 can be constructed equally well from other types of heat-resistant material as from refractory material; for example, it may, among other things, be made of stainless steel. Therefore, even when block 13 is referred to as "refractory material" for convenience of description, it is not intended to exclude other materials.
The relative location of this passage 14 of the venturi and of the refractory cylinder 13, with respect to the fuel pipe 11 and to its nozzle 12, is such that they are coaxial.
The nozzle 12 is located in the center of the passage 14 of the venturi, the
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slightly below the minimum diameter (or constriction) 15 of the venturi passage. The refractory block 13 is supported by a casing structure 19 which can be conveniently attached to an outer thin wall or layer 20 of the furnace. In the illustrated arrangement, it will be noted that a wide rim (or ring) 21 is welded to the thin wall 20 of the oven, the material of this ring being the same as that of the thin wall 20 of the oven. An annular support disc (or plate) 22 is welded to the lower edge of the ring 21. The housing 19 proper is fixed to the disc or support plate 22 by any suitable means, for example by welding.
The casing 19 comprises: an annular disc or ring 23 which is located just below the disc 22 and which bears against the latter; a strip or a short cylindrical side wall 24, which is welded to the ring or disc 23; finally, a base plate (or disc) 25 which is welded to the lower edge of the wall 24.
In the center of the base plate 25 of the housing 19 is an opening or hole 28 which is located directly below and in line with the lower end of the passage 14 of the venturi, so as to coincide with the latter.
To the base plate 25, around the edges of the hole 28, is welded or otherwise fixed, a structure 29 supporting the nozzle and on which is mounted a bearing sleeve 30.
The bearing 30 in turn supports, in a sliding manner, the duct 11 of the nozzle.
It will be noted that one can adjust the end 12 of the nozzle adjusted in the vertical direction to bring it into position, or in place, in the passage 14 of the venturi by means of any practical mechanical arrangement such as: one which is represented . This arrangement, on the one hand, comprises a rack 34 which is permanently attached to one of the sides of the fuel supply duct 11 and which extends longitudinally along A
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of the latter and, on the other hand, a pinion 35 which meshes with the rack 34 with a view to causing a vertical displacement or positioning of the rack, by a vertical sliding up and down of the duct 11 which is fixed there, during the rotation of the pinion 35.
There is also provided a handle 36 fixed to a shaft 37 which carries the pinion 35 which is made integral with this shaft, with a view to its rotation with the latter. Thus, one can quickly proceed to a mechanical adjustment with a view to adjusting, if desired, the flame of the burner, by modifying the relative position of the end 12 of the nozzle within the limits of the length of the passage 14 of the nozzle. venturi.
It should be observed that the block 13 of refractory material has, as a whole, a cylindrical outline, but that there are several notches (or passages) 40 extending vertically, which are circumferentially spaced apart. from each other around the outer surface of the block 13. At the bottom of each passage 40 there is a short radial opening 41 which extends through the refractory block 13 so as to communicate each passage 40 with it. the passage 14 of the venturi, in the narrow part 15, but slightly below the minimum diameter of this part. A cylindrical cover 42, relatively thin, surrounds the refractory block 13.
This cover 42 fits closely on the part of maximum diameter of the refractory block 13 and it constitutes the wall or outer limit of the vertical part 40 of the passages 40, 41, for recirculation.
On the upper edges of the right cylindrical main part of the cover 42 there is a frustoconical ring 43 which is an integral part of the upper edges of the cover and which extends inwards, over a distance such as the upper edge of the ring 43 either directly above the interior surface
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higher or curved surface of minimum radius of the passages 40 of. recirculation. The cover 42 as well as its inwardly inclined edge 43 are made of a material resistant to high temperatures, for example of special steel or the like.
A sleeve-tube 48, coaxial with the burner structure, surrounds the upper part of the burner structure described above, this sleeve-tube 48 possibly being of refractory material and extending upwardly through the whole. the thickness of a refractory layer 49 of the furnace floor.
It will be appreciated that there are openings or openings 52 for the admission of the primary air located in the support structure 29 which supports the conduit 11 of the fuel inlet nozzle. These primary air intake passages may be adjustable, if desired, for example by means of the structure shown and which consists of an outer wall 53 and an inner wall 54 which can be rotated. 'relative to one another around the bearing 30, so that the size of the openings or openings 52 can be adjusted by making the holes in the outer wall 53 more or less coincide with those in the interior wall 54. Similarly, there is an exterior or secondary air intake structure which,
comprises several openings or slots 55 through which the secondary air can pass to enter the space surrounding the cover 42 and enter the sleeve-tube 48. Here again, the useful section of the openings 55 can be adjusted allowing the passage of secondary air, by providing a relative sliding movement between the inner side wall 24 and an outer wall 58 which can be fixed in any practical manner, for example by making it slidably rest on a flange 59 which is fixed by welding to the base plate 25.
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OPERATION -
The operation of the burner can be better described by referring to fig. 1 where it can be seen that the fuel is sprayed as a jet spray vertically upward from the end 12 of the nozzle as shown in the drawing. As previously mentioned this stream of finely divided particles of fuel can be created in any way possible, for example by the use of a water vapor spray nozzle, or by the use of water vapor. a spray nozzle of the so-called "mechanical" type.
It will be appreciated that the mechanical type spray nozzle for liquid fuels is one in which a relatively small size orifice is used in conjunction with a high pressure source of the liquid fuel introduced therein. . In this way, not only is the liquid fuel emitted by spraying, but at the same time this fuel is fragmented into finely divided particles, ie it is sprayed.
Such a jet of atomized fuel creates a current. intake air which is drawn upwardly through the venturi passage 14, once it has entered through the primary air intake passages 52. This forms a combustible mixture of fuel and air in the venturi passage 14, and the flame usually self-sustains starting at a relatively short distance from the ejection end of the nozzle. 12.
In other words, the combustion products are born and remain in this state for a certain distance while they are still in the passage 14 of the venturi and after having left it. So as these combustion products continue to be ejected upward and out of the burner cleanly.
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said, in the direction of the sleeve-tube 48 and the interior of the furnace or else in any place where the burner is used, they pass beyond the upper edges of the cover 42, so that the outside edges of this stream incipient products and other combustion products are deflected by the frustoconical ring 43 of the cover and are returned to the passages 40 for recirculation,
formed around the edges of the refractory block 13 (in which the passage 14 of the venturi is formed). Such recirculation of very hot combustion products occurs due to the normal action of the venturi, which has the effect of creating a lower pressure near the throttle 15 of the venturi passage 14. Thus, the part deviated from the incipient combustion products is sucked downwards and passes through the passages 40 and through the radial openings 41 to reach the incoming air stream which surrounds the duct 11 of the nozzle and the end 12 of the nozzle. In this way, the incipient very hot combustion products cause a sharp rise in temperature of the incoming air stream before it reaches the lower edges or the origin of the burner flame.
In this way, the incoming mixture is heated above its vaporization temperature so as to cause a complete re-vaporization of all the heavy fuel particles which form and which tend or begin to fall out of the fuel stream. As a result, complete vaporization of all of the fuel used occurs, even though the burner operates as a vertical burner in a fully vertical position. It should be noted that in this embodiment, the complete combustion of the fuel uses a certain amount of secondary air entering through the ports 55, as indicated above. This quantity represents approximately 20 to 40% of the total quantity of the intake air.
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It should be noted that by means of the adjustment device described above, with regard to the duct 11 of the nozzle and its ejection end 12 (rack 34 and pinion 35), the burner can be adjusted in view allow it to work with various grades of fuel, so that even the lightest fuel can be used if necessary in an emergency. The adjustment for such emergency operation is to lift the end 12 of the nozzle up to the top, or even above the top of the venturi passage 14, since the effects of recirculation would then become unnecessary.
There is shown in figs. 3, 4 and 5, a variant of the burner according to the invention. This form of burner is a so-called "single block" type of burner, which means that the entire burner structure is housed in a single element housing and all of the air supporting combustion is drawn in through a single passage of air intake to the burner. Basically, the elements of this burner are the same as those used in the interior part of the embodiment described above. Accordingly, the particularities of these elements, nor their mutual operating relationship, will not be described again in detail.
Referring to figs. 3, 4 and 5, it can be seen that they represent a part of a furnace floor 62 which comprises the usual thick layer of refractory material supported by an outer shell 63 of building material, such as steel or a material. similar. In a suitable opening, made through the floor-62, is housed a cylindrical cover 64 which may be constructed of any possible heat-resistant material, such as stainless steel.
At the upper edge of the cover 64 is fixed, of ma-
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niere to be an integral part thereof, a frustoconical ring 65 which serves to create the deviation of a certain quantity of incipient combustion products, in the manner previously described with regard to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
In the cover 64 is concentrically housed a cylindrical block 68 of heat-resistant material, the internal cross-section of which has a configuration similar to a venturi-shaped passage, as is clearly illustrated. On the outer periphery of the block 68 are formed several axial passages formed by grooves 69 which extend from the upper part of the block 68, in a downward direction, inside the cover 64 which surrounds the block 68 almost up to the lower part of the latter.
With the lower end of each of the axial passages 69 communicates a corresponding radial passage (or opening) 70, so that there are several passages which start from the outer edge, located at the upper part of the block 68 and s' extend downward to emerge in the constriction of the venturi passage made in the block, slightly below the minimum diameter of this passage.
To the casing 63 of the furnace is fixed in any practical manner, for example by means of several long bolts 72, a support plate 73 serving to hold a burner supply nozzle 74 which is located at the end of a supply duct 75. The latter is supported, in any practical manner, on the plate 73; it is possible, for example, to use supports 76 constituting bearing sleeves.
Here again, in this variant, a sliding cylindrical adjustment device is provided for adjusting the position of the nozzle 74 in the burner. Such adjustment can be achieved by means of any convenient structure, such
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than that which comprises the rack 80, the pighon 81 and the handle 82 serving to rotate the latter and which is shown schematically
The plate 73 also supports a plurality of fins 85, uniformly distributed over a circumference concentric with the supply duct 75. These fins 85 can be mounted in any convenient manner, such as that illustrated; they are, for example, fixed by their lower edge to a pin 86.
The pins 86 are held in place by means of nuts 87 attached to their end. It should be noted that these fins 85 are mounted (so as to make an angle with the tangent) all in the same direction around the circumference. The purpose of these fins 85 is to rotate the incoming air, generally in a spiral, as it is drawn through the burner.
It should be noted that the particular construction used comprises narrow grooves 90 cut in the block 69, at the peripheral location of each of the support bolts 72. This arrangement allows easy access to the bolts during assembly. - disassembly and disassembly of the burner structure while also reducing the amount of heat resistant material, which constitutes the block 68.
It will be noted that, in this variant, the entire quantity of air necessary to maintain combustion is drawn into the burner, without any introduction of secondary air. In general, however, the operation of the burner, with respect to the recirculation of incipient combustion products, takes place substantially as previously described with respect to the other embodiment.
It is obvious that the embodiments
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described above and shown in the accompanying drawing are given only by way of indication and are not limiting and that various modifications can be made to them without thereby departing from the spirit and the scope of the invention.
CLAIMS ---------------------------
1.- Burner particularly intended for burning heavy fuels, in a form suitable for being sprayed, characterized in that it comprises a spray nozzle comprising a device for ejecting a jet of atomized fuel and an air intake device for supplying additional air to the atomized fuel, a venturi-shaped passage for sending air surrounds the aforementioned nozzle in order to eject a combustible mixture of fuel and air from one of its ends, this air intake device being arranged at the other end of this passage, and a device which recirculates a part of the incipient combustion products leaving the aforementioned passage by the first of the ends mentioned,
to bring them back into the passage at a point located substantially at the level of the outlet of the nozzle.