BE565006A - - Google Patents

Description

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   Cette invention concerne des brûleurs destinas à brûler du. combustible pulvérisé. 



   Jusqu'ici, dans ces brûleurs, la   totalité   de l'air néces saire à assurer une combustion complète était amenée conjointement avec le combustible, une certaine quantité de l'air étant utilisée pour véhiculer le combustible   et;le   restant étant injecté au point où le combustible pénètre dans la. chambre de combustion. Ceci avait pour effet de refroidir la   flamme;'car   une grande partie de cet air est en excès pendant les   premières'phases de   la combustion et doit , être chauffée. En outre, la chambre de combustion devait habituelle- ment avoir une grande longueur ou un   volume   considérable pour que la   .combustion   totale du combustible paisse se faire. 

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   Pour certaines applicatins comme par   exemple,   l'emploi de combustible pulvérisé dans une chaudière à brûleur   incorpora   du type à tubes de fumée) il est nécessaire de limiter les dimensions de la chambre de combustion et d'assurer une combustion complète ra- pide et efficace du combustible. Un but de l'invention est de procu rer un brûleur à combustible pulvérise propre à cet usage. 



   Lorsqu'on brûle un combustible pulvérisée on peut distin guer trois phases de la combustion, bien que   celle s-ci   se chevauchent dans une certaine mesure. Dans la première phase, le combustible est chauffé, allumé et distillé dans la seconde phase les matières vola- tiles sont brûlées, et dans la troisième phase le coke résultant de la distillation dans la première phase est brûlé. Pendant la   derniè-   re phase, les particules de coke sont enveloppées dans un gaz inerte (l'anhydride carbonique) et il est nécessaire de dépouiller les par- ticules de cette enveloppe avant que le coke puisse brûler. 



   D'un point de vue, dans un brûleur suivent l'invention, l'air nécessaire à la combustion du combustible dans chaque phase, depuis le chauffage initial jusqu'à la combustion complète, est ame né séparément en des points convenablement espacés sur toute la lon- gueur de la chambre de combustion du brûleur. 



   D'un autre point de vue, l'invention procure un brûleur à charbon pulvérisé où le combustible est introduit dans la chambre de combustion avec une quantité suffisante d'air pour allumer et distil- ler le combustible, et une quantité supplémentaire d'air suffisante pour brûler les matières volatiles et pour brûler le coke, respective- ment est amenée en des 'points convenablement espacés le long de la- chambre de combustion. 



   D'un autre point de vue encore, l'invention procure un brûleur à combustible pulvérisé comprenant un dispositif pour intro- duire le combustible dans une chambre de combustion avec la   propor-   tion d'air nécessaire   à. assurer   la combustion complète et de manikre à faire parcourir au combustible une trajectoire hélicoïdale autour de la chambre dans un sens, et un autre dispositif pour introduire 

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 dans une ou plusieurs phases le restant de l'a.ir nécessaire à assurer la combustion complète en un courant hélicoïdal de sens opposé au sens initial du mouvement des particules, de telle sorte que le mouve inent des particules est renversé et que la couche inerte qui les en- veloppe est enlevée par le courant d'air entrant.

   Pendant ce parcours, la force centrifuge provoque une formation tubulaire creuse de com bustible dans l'axe de laquelle on fait passer une certaine propor- tion d'air et une certaine proportion de combustible coaxialement par le brûleur. 



   L'air admis avec le combustible, dont une certaine   quanti-   té véhicule le combustible, peut comporter 30 à 40% de la quantité to- tale d'air nécessaire à la combustion, le restant de l'air étant ame né dans les phases subséquentes. L'air qui n'est pas dispersé avec le cône de combustible se déplace coaxialement vers l'avant et quitte le brûleur, en emportant une faible quantité de combustible et un léger excès d'air qui se mélange à toute particule restante de coke incom-   plètement   brûlée après la combustion qui se fait pendant le mouvement hélicoïdal. La vitesse de l'air fourni aux phases subséquentes peut, par exemple être égale au double de celle de l'air fourni initiale- ment et de sens inverse.

   L'enveloppe inerte de gaz entourant chaque particule est ainsi soumise à une intense action d'arrachement, ,la stratification des gaz est pratiquement évitée et les gaz sont inti- ment mélangés. 



   La chambre,de combustion est de préférence en matière ré- fractaire et peut être entourée d'une chemise dans laquelle de l'air est envoyé pour être injecté ultérieurement dans la chambre. Cet air est ainsi réchauffé préalablement par transmission de la chaleur de la surface réfractaire, tandis que la surface réfractaire est mainte- nue relativement froide.

   , 
Pour régler le brûleur de manière à répondre à des condi- tions différentes, par exemple en vue de l'adapter à la production d'une chaudière dont il assure le chauffage, la quantité d'air four- nie en même temps que le combustible peut être maintenue constante, 

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 tandis qu'on fait varier l'allure à laquelle le combustible est amené' 
On fait varier la quantité d'air fournie aux phases subséquentes d une manière similaire à la variation de la fourniture de combustible et des dispositifs sont prévus pour maintenir la vitesse de cet air, par exemple en faisant varier l'aire d'entrée des lumières par les- quelles il est amené. En variante, on peut faire varier les deux admissions d'air si c'est nécessaire. 



   D'autres caractéristiques de l'invention sont incorporées dansla forme d'exécution préférée du brûleur à combustible pulvérisé- qui sera décrite en détail ci-après, à titre d'exemple, avec référen- ce aux dessins annexés, dans lesquels ; 
Figure 1 est une vue en élévation, partiellement.en coupe verticale longitudinale d'un brûleur suivant l'invention. 



   Figure 2 est une coupe suivant la ligne II - II de la fi- gure 1. 



   Figure 3 est une vue en bout d'un détail, et      
Figure   4   est une vue de côté du détail représenté sur la figure 3. 



   Ce brûleur sera décrit dans son application à une chaudiè- re à brûleur incorporé bien qu'il puisse évidemment être employé dans d'autres types de chaudières ou de foyers. Il comprend un tube réfractaire cylindrique 1 formant une chambre de combustion destinée à être fixée (par exemple au moyen d'une plaque à bride 2 boulonnée à l'extrémité 3 de la chaudière) coaxialement au tube de combustion central d'une chaudière à tubes de fumée (qui, étant de construction connue, n'est pas représentée). A l'autre extrémité de ce tube 1, se trouve une plaque d'extrémité réfractaire annulaire 4 à surface in- térieure conique pourvue d'un goulot central 5 présentant une conicité-, dont la pointe est dirigée vers l'extérieur, le diamètre le plus grand se trouvant à la surface interne de la plaque. 



   Un cylindre métallique 6 enveloppe ooaxialement le tube cylindrique 1 dont il est espacé pour ménager un espace d'air 7 dans lequel de l'air est amené par un conduit 8 réglé à une extrémité par 
 EMI4.1 
 'regi1ltre 9. 

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   Juste en avant de la plaque- d'extrémité 4 du tube réfrac- taire 1 se trouve une série circonférentielle A de trous 10 repartis à égale distance les uns des autres autour du tube. Les axes de ces trous sont situés sur la surface d'un cône présentant un petit angle de base (par exemple 10 ).et sont inclinés par rapport à la généra- trice du cône de telle sorte qu'un mouvement de tourbillonnement hélicoïdal dirigé vers le tube foyer de la chaudière est imprimé à l'air passant par ces trous en provenance de l'espace d'air environ- nant pour se rendre dans la chambre de combustion.

   Les axes de ces trous 10, si le tube réfractaire 1 est vu de côté   (comme   sur la fi- gure 1) sont inclinés vers l'avant d'environ 10  et si le tube 1 est vu en coupe transversale (comme sur la figure 2) les axes des trous 10 sont tangents à un cercle (indiqué en traits interrompus) coaxial au tube 1 et de rayon inférieur à celui de la surface interne du tube. En coupe transversale, l'axe de chaque trou 10 peut être incliné par exemple à 45  sur le rayon de la surface interne du tube à l'endroit où ce rayon intersecte l'axe du trou. 



   Les trous 10 sont très rapprochés les uns des autres au- tour de la circonférence; dans le cas particulier représenté, il y a 24 trous espacés entre eux de 15 . 



   A peu près au milieu de la longueur du tube réfractaire 1 se 'trouve une autre série circonférentielle B de trous 11 semblable à la première série A,;mais dont les trous ont leurs axes inclinés en sens inverse des   génératrices   du cône sur lequel ils se trouvent. Un mouvement de tourbillonnement hélicoïdal est ainsi imprimé à l'air passant par ces trous 11, en sens inverse de celui imprimé à l'air passant par la première série, mais toujours vers le tube foyer de la chaudière. Les trous 11 de cette seconde série sont aussi relati- vement rapprochés, le nombre de ces trous étant de 24, espacés entre eux de 15 . 



   Entre cette seconde série B de trous 11 et l'extrémité du tube de combustion 1 du brûleur se trouvent d'autres séries de trous semblables à la série B et disposées de façon similaire. Dans la forme 

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 d'exécution représentée il y a deux autres de ces séries (C, D) com- prenant 12 trous (12) à 30  les uns des autres. 



   Le tube réfractaire 1 est entouré d'une bande cylindrique 13 percée d'une ouverture   14,   qu'on peut faire tourner de manière à obturer une surface plus ou moins grande de ces trous 10 11 12, pour faire varier la quantité d'air qui passe par ceux-ci dans la chambre de combustion. 



   Un conduit 15 est relié à la plaque d'extrémité 4 du brû leur dans   le prolongement.du   goulot 5 et du combustible pulvérise véhiculé par un courant d'air est envoyé d'un conduit d'amenée 16 par ce conduit 15 à la chambre de combustion. Un mouvement de tour- billonnement hélicoïdal initial est imprimé au combustible pulvérisé par son passage sur une série d'aubes 17 disposées hélicoidalement dans le goulot pour stratifier le combustible au bord d'un cône. 



  Ces aubes sont représentées en détail sur les figures 3 et   4.   



   Un chalumeau à gaz 19 servant à allumer le combustible lors de la mise en marche passe par un presse-étoupe 18 dans la pa- roi de ce conduit et pénètre par le goulot 5 à l'intérieur de la      chambre de combustion. Ce chalumeau 19 présente à son extrémité une partie 20 divergeant vers l'extérieur qui, conjointement avec la for me conique du goulot 5 fait pénétrer le combustible pulvérisé   véhicu   lé par l'air dans la chambre de combustion sous forme d'un cône creux On peut modifier cette forme de cône creux (ce qui peut être néces- saire lorsqu'on emploie des combustibles différents ou qu'on opère dans des conditions différentes) en déplaçant le chalumeau 19 longi- tudinalement ce qui a pour effet de modifier le passage annulaire entre lui et le goulot 5, par lequel le combustible passe. 



   Le chalumeau 19 est destiné à produire une flamme de gaz de forme   conique   creuse (indiquée en 21) qui est plus divergente que le cône creux de combustible de telle sorte que la flamme de gaz in- tersecte le cône de combustible, assurant ainsi un allumage efficace de celui-ci. On peut modifier l'angle de cette flamme de gaz creuse en déplaçant longitudinalement une tige centrale 22 qui porte une 

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 plaque 23 Ménageant entre sa périphérie et l'extrémité divergente 20 du chalumeau un espace par lequel le gaz passe. 



   La flamme de gaz est allumée au moyen d'étincelles   électri-   ques produites-entre un croisillon 24 porté par la tige 22, et des saillies 25 portées par le cône du chalumeau 19, le courant d'alluma ge étant amené par une tête de bougie d'allumage conventionnelle 26. 



   En fonctionnement, la flamme de gaz est allumée et chauffe la garniture réfractaire 1 de la chambre de combustion. Lorsque cette garniture est suffisamment chaude, le charbon pulvérisé est injecté dans le brûleur. Ceci peut. se faire automatiquement sous la   comman-   de de thermostats prévus sur la surface réfractaire et agissant lors- que la température est suffisamment élevée. Le combustible est allu- mé par la flamme de gaz jusqu'au moment où les conditions permettent d'assurer que la flamme de combustible s'entretienne d'elle-même. 



  Le courant d'air amené avec le combustible se meut suivant une tra- jectoire hélicoïdale à pas de faible longueur le long de la chambre de combustion et ce mouvement est amplifié ou maintenu par l'air pé- nétrant par la première série A de trous 10. 



   A ce stade,. l'air disponible (comprenant celui véhiculant initialement le combustible et celui amené par la première série de trous) comprend à peu près 30 à 40% de la quantité d'air nécessaire pour la combustion.'complète et est animé d'une vitesse égale à envi- ron   40   à 60 pieds par seconde (12 à 18 m/sec, environ). Pendant cette période, le combustible est allumé et distillé, de telle sorte qu'au moment où la seconde série B de trous 4 est atteinte les matières volatiles sont dégagées et les parti-cules de combustible réduites en particules de coke. 



   Lorsque la seconde série B de trous est atteinte, la nou- velle quantité d'air admise est suffisante pour permettre la combus- tion des matières volatiles Les   particules   ce coke rencontrent alors   à u.ne   vitesse, relative de 80 à 120   pied.s/sec.     (24   à 36 m/sec, envi- ron) le courant d'air qui se déplace en sens inverse et-il en résulte qu'elles sont dépouillées des   enveloppes' de   gaz inerte qui les entou- 

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 rent. L'air peut ainsi atteindre les particules de coke pour les brû- ler.

   De l'air additionnel destiné à cette fin et à assurer une com bustion complète pénètre par les séries restantes C, D de trous pour se joindre à l'air restant qui se meut axilament Pendant le temps que met le. combustible à atteindre le tube foyer de la chaudière, il brûle complètement et les produits de la combustion' sont disponibles pour le chauffage de l'eau entourant ce tube. Dans certains cas, il peut être désirable de garnir l'entrée de ce tube de matière réfrac- taire 27, mais la plus grande partie de la longueur du tube sera dis- ponible pour la transmission de la chaleur. 



   L'air admis par les séries circonférentielles A à D de trous est réchauffé dans la chemise d'air 7 entourant le cylindre réfractaire, de manière à refroidir celui-ci. Le'mouvement imprimé aux gaz de combustion tend à maintenir ceux-ci en un cylindre creux coaxial au tube réfractaire 1 et légèrement espacé de la surface in- terne de ce dernier. 



   Le brûleur 19 peut être réglé de manière à répondre aux conditions de fonctionnement de la chaudière qu'il chauffe. L'air primaire (c'est-à-dire l'air portant le combustible au brûleur) est maintenu constant et on fait varier l'allure à laquelle le 'combusti- ble est amené à ce courant d'air primaire en faisant en sorte que la pression de la vapeur ou la température modifie la vitesse du pul- vérisateur de combustible qui fournit le combustible ou provoque l'ou- verture d'une valve de refoulement de combustible, ou l'équivalent. 



  On fait varier la quantité d'air additionnel suivant la quantité de combustible en changeant la position du registre 9 dans le conduit 8 amenant cet air, au moyen de dispositifs commandés par la tempéra- ture ou la pression de la vapeur. 



   Une modification de la quantité d'air additionnel sans modification de l'aire des entrées 10, 11, 12 à la chambre de com- bustion changerait la vitesse à laquelle entre cet air. Pour'éviter ceci, on fait varier le nombre de trous par lesquels l'air addition- nel pénètre, en fermant ou en ouvrant quelques-uns de ceux-ci par 

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 rotation de la bande 13 entourant le tube réfractaire 1. Cette ro- tation peut être produite en reliant la bande par une transmission de mouvement à la   poignée   de   commande   du registre. 



   Une cellule photo-électrique peut être prévue pour scruter la flamme du brûleur et actionner un dispositif qui coupe l'arrivée du combustible si la flamme s'éteint. 



   Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux détails de la forme d'exécution préférée qui peut être modifiée sans sortir de son cadre. On peut, par exemple, employer d'autres disposi- tifs pour régler l'admission de l'air. 



   REVENDICATIONS. 



   -------------- 
1.- Brûleur à combustible pulvérisé caractérisé en ce que l'air nécessaire à la combustion du combustible à chaque phase de   '.celle-ci   depuis le chauffage initial jusqu'à la combustion complète es fourni séparément en   es   endroits convenablement espacés   sùr   la longdeur de la chambre   de/   combustion. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. 2. - Brûleur à combustible pulvérisé, caractérisé'en ce que le combustible est introduit dans la chambre de combustion avec une quantité d'air suffisante pour allumer et distiller le combustible et qu'une quantité supplémentaire d'air suffisante pour brûler les matières volatiles et pour brûler le coke, respectivement, est four- nie en des points convenablement espacés le long de la chambre de combustion. ;

   3. - Brûleur à combustible pulvérisé, caractérisé en ce qu' il comporte un dispositif pour introduire le combu.stible dans une chambre de combustion avec la proportion d'air nécessaire à la combus= tion complète et de manière à 'faire parcourir par le combustible une trajectoire hélicoïdale autour de la chambre dans un sens, et un au- tre dispositif pour introduire ep. un ou plusieurs stades le restant de l'air nécessaire à la combustion complète suivant une trajectoire hélicoïdale de sens inverse au sens initial de déplacement des parti- cules, de manière à renverser le mouvement des particules et enlever <Desc/Clms Page number 10> la couche inerte entourant celles-ci par le courant d'air entrant.

   4.,-- Brûleur à combustible pulvérisé caractérisé en ce qu' , il comprend une chambre de combustion pourvue d'une garniture réfrac- taire, une entrée pour le combustible pulvérisé, un dispositif pour débiter le combustible par cette entrée dans un courant d'air ne com- prenant que la quantité d'air suffisante pour permettre l'allumage et la distillation du combustible et un dispositif pour débiter de l'air en au moins un endroit de la longueur de la chambre de combustion en quantité voulue pour achever la combustion de ce combustible.

   5. - Brûleur à combustible pulvérisé, caractérisé en ce qu' il comprend une chambre de combustion pourvue d'une garniture réfrac- taire, une entrée pour le combustible pulvérisé, un dispositif pour . débiter le combustible par cette entrée en un courant d'air ne com- prenant que la quantité d'air suffisante pour permettre l'allumage et la distillation du combustible, un dispositif pour débiter de 1 air en un endroit de la longueur de la chambre de combustion en quan- tité suffisante pour brûler les matières volatiles contenues dans le combustible et un dispositif pour débiter de l'air, en un endroit si,tué plus loin sur la longueur de la chambre de combustion, en quan- tité suffisante pour brûler les particules de coke résultantes.

   6.- Brûleur à combustible pulvérisé caractérisé en ce qu' il comprend une chambre de combustion pourvue d'une garniture réfrac- taire, une entrée pour le combustible pulvérisé, un dispositif pour débiter du combustible par cette entrée dans'un courant d'air ne com- prenant que la quantité d'air nécessaire pour permettre l'allumage et la distillation du combustible, un dispositif pour débiter de l'air en un endroit de la longueur de la chambre de combustion en quantité suffisante pour brûler les matières volatiles contenues dans le combux tible et un dispositif pour débiter de l'air, en un endroit situé en- core plus loin sur la longueur de la chambre de combustion, en quan- tité suffisante pour brûler les particules de coke restantes et à une vitesse suffisante pour dépouiller ces particules de coke de la cou- che de gaz inerte qui les entoure..

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   7.- Brûleur à combustible pulvérisé caractérisé en ce qu' il comprend une chambre de combustion pourvu d'une garniture réfrac- taire, une entrée pour le combustible pulvérisé, un dispositif pour débiter du combustible par cette entrée dans un courant d'air ne com- portant que la Quantité d'air uniquement nécessaire pour permettre l'allumage et la distillation du combustible, et de façon à faire parcourir par ce combustible une trajectoire hélicoïdale autour de la chambre, un dispositif pour débiter de l'air en un endroit de la lon- gueur de la chambre de combustion en quantité suffisante pour brûler les matières.vola.tiles contenues dans ce combustible,

   et un disposi- tif pour débiter de l'air en un endroit situé encore plus loin dans le sens de la longueur de la chambre de combustion en quantité suf fisante pour brûler les particules de coke résultantes et;suivant une trajectoire hélicoïdale de sens inverse à celui du mouvement du combustible.

   8.- Brûleur à combustible pulvérisé caractérisé en ce qu' il comprend une chambre de combustion pourvue d'une garniture réfrac- taire, une entrée pour le combustible pulvérisé, un dispositif pour débiter du combustible par cette entrée dans un courant d'air ne com- portant que la quantité d'air suffisante pour permettre 1'allumage et la distillation du combustible et de manière à faire parcourir par le combustible une trajectoire hélicoïdale autour de la chambre, cet- te trajectoire étant espacée de la paroi de cette chambre vers l'in- térieur, un dispositif pour débiter de l'air, en un endroit de la longueur de la chambre de combustion, en quantité suffisante pour brûler les matières volatiles contenues dans le combustible, et un dispositif pdur débiter de l'air,

   en un endroit situé encore plus loin dans le sens de la longueur de la chambre de combustion, en quantité suffisante pour brûler les particules de coke résultantes et suivant une trajectoire hélicoïdale de sens inverse à celui du mouvement du combustible. <Desc/Clms Page number 12>

   9.- Brûleur à combustible pulvérisé suivant la revendica tion 4, caractérise en ce que le dispositif servant à débiter L'air additionnel eomprend une enveloppe délimitant un espace ci'air autour de la chambre de combustion et comportant une série de trous circon- ferentiellement espacés dans la paroi de cette chambre.

   10. - Brûleur à combustible pulvérise suivant la revendica- tion 9, caractérisé en ce que les axes des trous ménages dans la chan- bre sont disposés sur la surface d'un cône à petit angle de base.

   11 Brûleur à combustible pulvérisé suivant la revendica- tion 9, caractérisé en ce qu'il comprend une bande à l'intérieur de l'enveloppe entourant la chambre de combustion et pourvue d'ouvertu- res situées dans le même alignement que les trous ménagés dans la paroi de la chambre, cette bande pouvant tourner pour obturer par- tiellement ces trous et réduire l'admission d'air par ceux-ci.

   12.-. Brûleur à combustible pulvérisé suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour régler la quantité de combustible injectée; tout en maintenant constante la quantité d'air passant par l'entrée de combustible, et un dispositif pour faire varier la quantité d'air fournie aux stades subséquents de la combustion suivant la variation de l'admission de combustible.

   13.- Brûleur à combustible pulvérisé suivant la revendi- cation 12, caractérisé en ce qu'il possède un dispositif pour mainte nir constante la vitesse de l'air fourni aux stades subséquents de la combustion malgré la variation de la quantité de cet air.

   14 Brûleur à combustible pulvérisé suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce qu'il possède une entrée d'air conique et comprend un chalumeau à gaz à extrémité conique, cette extrémité du chalumeau délimitant un espace annulaire conique avec l'entrée de 1 air par laquelle le combustible passe, et un dispositif pour dépla- cer cette extrémité du chalumeau par rapport à cette entrée, en vue de régler l'angle du cône suivant lequel le combustible pénètre dans la chambre de combustion. <Desc/Clms Page number 13>

   15.- Brûleur à combustible pulvérisé suivant la revendica- tion 14, caractérisé en ce que le chalumeau à gaz produit une flamme conique, intersecta.nt le cône suivant lequel le combustible pénètre dans la chambre de combustion.

   16.- Brûleur à combustible pulvérisé, en substance comme c'est décrit ci-dessus avec référence aux dessins annexés