Procédé de combustion de combustible pulvérisé solide, ou liquide ou de combustible gazeux et brûleur pour la mise en oeuvre dudit procédé. La présente invention est relative à. un procédé de combustion de combustible pul vérisé, solide ou liquide ou de combustible gazeux et à, un brûleur pour la, mise en oeuvre dudit procédé.
Le procédé suivant lequel le combustible et l'air de combustion pénètrent dans le four sous forme de couches concentriques est connu en soi. Le procédé -suivant l'invention est caractérisé par le fait qu'on répartit la. tota lité -du mélange d'air-primaire et de com bustible sous forme générale d'une nappe à section annulaire d'épaisseur radiale faible et de grand diamètre et qu'on lui communique une vitesse .de pénétration à l'intérieur du four telle qu'il conserve cette forme à l'in térieur du four au moins sur une distance déterminée.
Le brûleur pour la mise en aeuvre dudit procédé est du type à noyau central, c'est- à-dire qu'il comporte une enveloppe allongée extérieure d'arrivée du mélange air-primaire- combustible et un noyau allongé coaxial à cette enveloppe et il est caractérisé par le fait que ce noyau a une longueur égale à plu sieurs fois son 4ia,mètre et que la section de sortie entre le noyau et l'enveloppe extérieure n'esb qu'une fraction de la section d'entrée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Dans ce dessin: La fig. 1 est une coupe diamètrale et lon gitudinale d'un brûleur suivant l'invention; La fig. 2 est une vue en bout ,suivant la ligne A-A de la fig. 1; La fig. 3 est une coupe transversale, par- pendiculaire à l'axe longitudinal du brûleur suivant la. ligne B-B de la fig. 1;
La fig. 4 est la coupe de l'extrémité d'un four,, par exemple à. ciment, montrant l'em placement du brûleur et la forme de la flamme obtenue avec le brûleur suivant l'in vention; La fi-. 5 est une coupe transversale, et à plus grande échelle, suivant la, ligne C-C de la fig.4, du jet du mélange combustible à la so@rh.e du brûleur; La fig.6 représente schématiquement la -flamme obtenue avec les brûleurs courants à jet plein.
Suivant la. forme d'exécution représentée aux fig. 1, 2 et 3, la. totalité du combustible est introduite dans la canalisation cylindrique 1 reliant la tuyère à un ventilateur, non re présenté, soufflant à. très haute pression, de sorte que le courant d'air entraîne avec lui le combustible. Un joint gauche 2 permet de régler l'orientation du brûleur.
Le ventilateur envoie dans la canalisation une partie seulement de l'air nécessaire à. la combustion, que l'on appelle air-primaire, cet air étant, en outre, destiné. à assurer un bras sage énergique du combustible et à réaliser une très grande vitesse à la sortie du brû leur.
Le brûleur comprend tout d'abord une partie cylindrique 3 dans la, région ab pro longeant la. canalisation venant du ventila teur. Ce cylindre ï est prolongé par nue en veloppe extérieure en tôle qui est évasée en 4 dans la. partie <I>bc.</I> cylindrique en 5 dans la partie cd et tronconique inverse. en 6, dans la partie<I>de,</I> et qui se termine par une partie cylindrique es de quelques centimètres de longueur.
Dans l'enveloppe 3-4-5-6 est clispo.é un noyau intérieur creux, conique, en î, .dan < ; la partie fg. cylindrique, en 8. au delà .de y jusqu'à. l'orifice la -de sortie dit brû leur. Ce noyau est maintenu en place au moyen des entretoises 9.
Ce dispositif :est complété par un cylindre ou manchon 10 concentrique au cylindre 8 du noyau central. Dans ce manchon 10 qui s'étend jusqu'au niveau clé l'extrémité du noyau débouche la partie tronconique 6, mé nageant, entre elle et la base )e du manchon 10, un intervalle 11 servant d'entrée à l'air secondaire. Le manchon 10 est, (le préférence, terminé par un tronc de cône 12 dont on verra plus loin le rôle.
Le fonctionnement du brûleur est le sui vant: Le mélange de combustible et d'air pri maire arrive dans le cylindre 3. en f la, masse cylindrique gazeuse prend une forme annu laire dont la. paroi, épaisse dans la. partie b, <I>c, d,</I> s'amincit dans la. partie<I>de</I> correspon dant à la partie convergente 6 de l'enveloppe. Dans le parcours bede, la masse gazeuse éprouve de b en c un changement de direc- ti.on, vitesse et forme, il en résulte la praduc- tion de remous qui assurent un brassage du mélange de combustible et d'air primaire.
La diminution progressive de la section d'écoulement clans la partie<I>de</I> a pour con séquence une augmentation continue de la vitesse du mélange, celle-ci atteignant son maximum en e. à la sortie du tronc de cône 6, assurant la formation d'un cylindre creux qui, par suite de la grande vitesse, conserve sa forme sur une distance relàtivement grande même après sa, sortie du brûleur.
A partir de s, le mélange du combustible et de l'air primaire se déplace le long de- la paroi cylindrique 8 sur une faible épaisseur. sans s'écarter de la. paroi 8 par suite du phé nomène de l'écoulement des fluides le long des parois.
L'air secondaire nécessaire pour assurer la combustion du combustible mélangé à l'air primaire arrive en 11; la grande vitesse d'écoulement de la masse gazeuse sortant en s assure l'aspiration automatique de l'air se- condaire. L'évasement 12 -de l'extrémité du manchon 10 favorise l'entrée de l'air sec.an- da,ire. Cet air peut être froid ou chaud,
en particulier il peut être réchauffé par con tact avec les matières chaudes en cours de refroidissement dans une zone plus froide du four ou dans un refroidieur annexé audit four.
Il résulte de la construction que l'an vient de décrire que le cylindre gazeux sortant de l'extrémité dz, de la. tuyère n'est pas homo gène, mais nettement hétérogène et comprend trois zones distinctes à . partir de l'axe longi tudinal du brûleur (fig. 4 et 5: a) au centre une zone de dépression 14; b) à la périphérie, de cette zone de dé pression 14, une nappe cylindrique à paroi mince 15, composée du combustible et de l'air primaire froid;
c) un cylindre d'air secondaire 16, froid ou chaud, de même axe que la. tuyère et cons tituant la zone extérieure du jet gazeux sor tant dû brûleur.
Avec un tel brûleur qui peut pénétrer re lativement loin dans le four 17, à cause de sa longueur, la combustion s'effectue comme suit: le cylindre d'air 16 s'échauffe par suite du rayonnement -des parois du four et se di late dès qu'il pénètre dans l'enceinte à tem pérature élevée et cela d'autant plus que le jet s'éloigne du brûleur; cela constitue, au tour du -cylindre 15, formé d'un mélange de combustible et d'air froid primaire, une en velappe de gaz comburant très chaud. et par suite éminemment favorable à la combustion dudit mélange de combustible et d'air pri maire et au développement de la flamme vers l'extérieur, dans un sens normal à l'axe du brûleur.
Après échauffement de l'air 16, le cy lindre gazeux 15 constitué par le mélange combustible et air primaire subit donc à son tour un échauffement sur sa partie extérieure qui .s'enflamme, à. une certaine distance de la. tuyère. La combustion gagne à travers la masse de proche en proche. Elle se propage dans tout le mélange en peu de temps; L'épaisseur de la nappe gazeuse étant faible et la surface recevant la .chaleur par l'action du rayonnement ambiant étant importante.
Les gaz produits par la combustion du mélange primaire se dilatent de façon violente et cherchent à se développer et à terminer leur combustion. Ils trouvent vers 1''exté- rieur un milieu particulièrement favorable à cet effet d'ans la zone d'air chaud 16.
Vers l'intérieur, au contraire. la. zone où règne une dépression n'est pas favorable à. la propagation de la combustion.
Dans la pratique, on obtient une flamme en forme de poire, sans dard axial, à tempé rature très élevée, et avant sa zone de co@m- bustion la plus vive sur sa partie extérieure alors qu'avec un brûleur courant 1.8, à jet, plein par exemple, la. flamme affecte la.
forme, indiquée à la fig. 6, comportant trois régions: une région 19, intérieure, sans éclat, où existe le mélange air et combustible qui ne brûle pas encore, l'action du rayonnement extérieur n'ayant pu la réchauffer suffisam ment pour assurer son inflammation; une région 20 où la combustion progresse par contact de l'extérieur vers l'axe de la flamme, région de combustion incomplète à allure réductrice; une région 21. située à la pointe et dans l'axe de la flamme, où la. masse achève sa. combustion complète dans un milieu ambiant à température élevée.
Bien entendu, avec le brûleur décrit, il est possible de régler le diamètre :de la flamme dans un plan normal à. l'axe du brû leur de même que de la raccourcir ou de l'allonger et d'en modifier l'emplacement à l'intérieur du four par rapport au nez du brûleur. La distance entre la flamme et le nez (lu brûleur est, en effet, d'au tant plus grande que la gaine -extérieure d'air secondaire met plus longtemps à s'échauffer, c'est-à=dire que la quantité d'air secondaire arrivant en 11 est plus grande, et que sa température est moins élevée.
Ce ré glage peut se faire notamment grâce au tronc de cône 12 dont le déplacement fait varier la section d'entrée 11; le diamètre de la flamme est augmenté et sa. longueur diminuée quand on accroît la quantité d'air secondaire admise et que sa température est plus élevée. On conçoit qu'en agissant judicieusement sur ces deux éléments, il -est possible de régler lit flamme, pour obtenir un rendement: ther mique élevé, d'une part, par rayonnement sur la matière, et,d'autre part, par contact direct de la flamme avec la matière à réchauffer.
Tout procédé de. récupération de gaz et d'air chauds, soit directement par l'effet d'as piration de la tuyère, soit indirectement, peut être envisagé pour réchauffer l'air secondaire.
L'invention est particulièrement intéres sante dans les fours tournants des industries métallurgiques, cimentière, chimique, etc. Dans ces fours cylindiz.ques ou cylindro- coniques, le brûleur ci-dessus décrit permet d la flamme de lécher les parois du four et de venir au contact même de la. matière à chauffer et de la paroi du four.
Dans ces mêmes fours, lorsque le traite ment de la matière comporte à, la suite d'une zone de température maxihia, une zone de re froidissement de la matière traitée, telle que la zone non de la fil-. 4, le brûleur assure la. récupération d'une partie des calories em portées par cette matière par l'intermédiaire de l'air secondaire qui circule, avant son a-spi- ration dans le brûleur, :autour desdites ma tières en cours de refroidissement.
Ce, brûleur permet, en particulier dans le four rotatif à ciment, où le combustible brûlé est du char bon finement pulvérisé, de supprimer l'excès d'air par rapport à. la, quantité strictement nécessaire à la. combustion. Dn effet, -dans les fours de ce ;enre, qui comportent un refroi disseur (non représenté) dans lequel tombe par un ou ides conduits 21 la. matière qui circule dans le four dans IL- sens de la flèche f. on introduit une masse d'air importante dans le four par le refroidisseur et le ou les dits conduits 21;
cet air, après avoir récupéré les cé lories cédées par le clinlier pendant son refroidissement, pénètre dans la tête du four en subissant une élévation progressive de température .au contact du clinker qui vient de la zone de cuisson pour aller au refroidisseur. Cet air réchauffé arrive ensuite dans la zone du brûleur, puis de la flamme.
Avec. les brû leurs ordinaires, on constate que cet air passe en majeure partie autour de la flamme, entre sa. paroi extérieure et le réfractaire du four, car la. flamme produite par un brûleur ordi naire a un faible diamètre et une bande étendue en longueur dans le sens de l'axe du brûleur et .du four et se trouve, par consé quent, à une certaine distance de la paroi du four. .
Le brûleur décrit a les avantages suivants: d'une part, il répartit. par aspiration auto inatique -dans le brûleur autour du mélange combustible et air primaire, la plus grande partie de l'air réchauffé par récupération et facilite la combustion complète des éléments; d'autre part, elle produit une flamme de grand diamètre dont le volume occupe presque toute la section du four jusqu'à 1a paroi.
L'air de récupération venant de la tête du four et arrivant clans la zone de combustion, rencontre la flamme qui constitue un véri table barrage, cette flamme s'étendant de puis i'axe jusqu'à la paroi du four; par suite la totalité de L'air chaud récupéré est utilisée pour la combustion complète. Dans la pra tique, on règle l'injection d'air primaire à la demande pour obtenir une combustion com plète sans excès d'air, suivant des analyses de l-az faites à la sortie du four. On règle aussi l'admission d'air à. l'intérieur du man chon 10 de façon à faire passer dans le brû leur la quantité d'air chaud donnant les meil leurs résultats.
On obtient ainsi une com bustion complète avec un minimum d'air per mettant de réduire les pertes de chaleur ré sultant de l'évacuation des l-az de la com bustion. A cette faible quantité d'air, corres pond également une diminution de la quantité de poussières, entraînées par les gaz de la combustion, en raison de leur vitesse plus ré duite, facilitant ainsi l'utilisation des cha leurs perdues dans les chaudières -de récu pération.
L'invention n'est pas limitée à la forme <B>(le</B> réalisation représentée et décrite qui n'a été choisie qu'à titre d'e#:emple. C'est ainsi (lue le conduit annulaire à. l'intérieur duquel circule le mélange combustible pourrait être remplacé par une série de conduits annulaires élémentairc-s disposées tout autour du noyau central conservant la même longueur et pa rallèlement à. son axe j#onl-itudiïia.l; chacun de ces conduits élémentaires comportant un -dis positif d'aspiration d'air secondaire.
Le dis positif d'aspiration représenté pourrait être également remplacé par tout autre dispositif .jouant le même rôle, sans que l'on sorte pour cela, du domaine de l'invention. D'autre part, le noyau central. peut être plein. Dans le cas où il est creux, comme représenté au dessin, on peut y faire passer de l'air froid ou chaud. mais alors la flamme obtenue est plus allongée.