Brûleur La présente invention concerne d'une manière générale un brûleur produisant un gaz de synthèse à oxydation partielle, et elle est particulièrement ap plicable à la formation d'oxyde de carbone et d'hy drogène par la combustion partielle d'un gaz hydro- carburé avec de l'air enrichi en oxygène ou avec de l'oxygène sensiblement pur.
Les mélanges de gaz de synthèse consistant essen tiellement d'oxyde de carbone et d'hydrogène sont industriellement importants comme source d'hydro gène pour des réactions d'hydrogénation et comme source de gaz d'alimentation pour la synthèse des hydrocarbures, des composés organiques contenant de l'oxygène ou de l'ammoniac.
La combustion partielle d'un combustible hydro- carburé avec de l'air enrichi en oxygène ou avec de l'oxygène relativement pur en vue de créer de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène comporte des problè mes spéciaux qu'on ne rencontre normalement pas dans la technique des brûleurs. Il est nécessaire, par exemple, d'effectuer un mélange très rapide et très complet des réactifs, et de prendre des précautions particulières pour empêcher la surchauffe du brûleur ou du mélangeur.
En raison de la réactivité de l'oxygène avec le métal avec lequel on peut fabriquer un brûleur ap proprié, il est extrêmement important d'empêcher les éléments du brûleur d'atteindre les températures auxquelles se produit leur oxydation rapide. A ce sujet, il est essentiel que la réaction entre l'hydro carbure et l'oxygène ait lieu entièrement à l'extérieur du brûleur et qu'il ne se produise pas une concen tration localisée des mélanges combustibles à l'en droit des surfaces des éléments du brûleur ou à leur voisinage. Bien que la réaction ait lieu au-delà du point de décharge du brûleur, les éléments de celui- ci sont soumis à un échauffement par les radiations qu'il émet.
Un mélange incorrect détermine de telles concen trations en oxygène dans des zones localisées qu'une combustion relativement complète d'une partie du combustible se produit dans ces zones, ce qui dégage de grandes quantités de chaleur. En outre, quelle que soit la structure de brûleur utilisée, des tourbil lons de gaz réactifs forment des mélanges combusti bles près des surfaces du brûleur. A moins de main tenir ces surfaces à une température inférieure à la température d'inflammation des mélanges, elles en tretiennent la flamme, et la combustion qui en résulte le long des surfaces provoque rapidement la surchauffe et la détérioration complète du brûleur.
Un autre inconvénient particulier à cette réaction est la tendance à la formation de carbone libre soit sur le brûleur, soit dans la zone de réaction, princi palement du fait d'un mélange incorrect des gaz, ce qui détériore le brûleur, étant donné que la forma tion de carbone sur la surface du brûleur contrarie le mélange des gaz et provoque des concentrations localisées d'oxygène, ce qui aboutit à la surchauffe des éléments du brûleur après sa combustion.
Avec des brûleurs ordinaires, on a constaté qu'il était nécessaire d'utiliser un excès d'oxygène par rapport à la quantité théorique pour empêcher la formation du carbone. 1I en résulte souvent des tem pératures de réaction fâcheusement élevées, et le problème de refroidissement du brûleur devient plus important. En outre, ce problème est aggravé du fait qu'il est désirable dans la combustion partielle des gaz d'envoyer les gaz de réaction dans le brûleur dans un état fortement préchauffé,
afin de diminuer les exigences en oxygène et de donner un rendement maximum en produit gazeux désiré.
Du fait d'une ou de plusieurs des raisons ci- dessus, les brûleurs connus se détériorent rapidement, particulièrement par l'érosion du métal aux becs du brûleur, même si ces éléments sont refroidis à l'eau, et lorsque les gaz réactifs sont préalablement mélan gés et sont injectés à partir du brûleur à des débits supérieurs à la vitesse de propagation de la flamme, les mélanges fortement réactifs oxygène-hydrocarbure réagissent le long d'une pellicule de gaz toujours pré sente sur la surface du conduit ou orifice par lequel ils sont déchargés, ce qui détériore rapidement le brûleur.
Conformément à l'invention, on a réalisé un brû leur comportant un conduit intérieur et un conduit extérieur pour le passage de gaz à températures éle vées, brûleur dans lequel ledit conduit intérieur est amovible et qui est caractérisé par un dispositif com portant un joint de dilatation muni d'un soufflet pour compenser les différences de dilatation entre ces conduits et des dispositifs pour fixer les extrémités respectives du joint aux conduits intérieur et exté rieur. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue d'ensemble du brûleur.
La fig. 2 est une coupe longitudinale schémati que du bec du brûleur.
La fig. 3 est une coupe longitudinale partielle ment schématique faite par 3-3 de la fig. 6 d'un joint de dilatation. La fia. 4 est une coupe par 4-4 de la fig. 2 du bec du brûleur, la chemise de refroidissement ayant été enlevée, et elle illustre le conduit intérieur rem- plaçable dans sa position de fonctionnement.
La fig. 5 est une vue similaire à la fig. 4, la che mise de refroidissement ayant été enlevée, et elle illustre la position du conduit intérieur pendant l'as semblage du brûleur et avant son blocage en posi tion de fonctionnement.
La fig. fi est une vue en bout de la fig. 1, prise dans la direction du joint de dilatation et représen tant l'orientation du conduit intérieur lorsqu'il est en position de fonctionnement.
La fig. 7 est une vue en bout, similaire à la fig. 6, représentant l'assemblage en cours.
L'appareil conforme à la présente invention vise à résoudre le problème des longs arrêts de fonction nement des générateurs de gaz, pendant qu'on rem place les brûleurs du fait de la détérioration des becs des brûleurs par suite de perte de métal ou d'une autre détérioration du brûleur.
Sur les figures du dessin, on peut voir sur la fig. 1 l'ensemble de brûleur indiqué d'une manière générale par A, le bec B du brûleur, l'ensemble C du joint de dilatation, la bride de montage D, le con duit d'admission E du combustible hydrocarburé, par exemple du gaz naturel, et le conduit d'admis sion F de l'oxygène.
Sur la fig. 2, qui représente l'ensemble B du brû leur en coupe, le conduit intérieur amenant l'oxy gène ou un mélange enrichi en oxygène est indiqué en 10, son orifice de sortie est indiqué en 11 et l'on a prévu des pattes de blocage 12,12 diamétralement espacées (voir également les. fig. 4 et 5). Un conduit extérieur 13 terminé par un orifice 14 est bloqué à quelque distance du conduit intérieur 10 de manière à délimiter un passage annulaire 15 qui aboutit à l'orifice 14. Ce dernier est entouré par une chemise de refroidissement 16 et les flèches indiquent le sens de circulation de l'agent de refroidissement par l'ori fice.
Le conduit extérieur 13 comporte des pattes de blocage complémentaire 17,17 et 18,18 qui coopè rent avec les pattes de blocage 12,12 pour empêcher le conduit intérieur de se déplacer longitudinalement de manière excessive et, de cette manière, maintenir pratiquement constant le passage annulaire 15. Tou tes les pattes de blocage peuvent faire partie inté grante de leurs conduits respectifs ou y être soudées.
Le conduit extérieur 13 comporte également un certain nombre de goujons d'espacement 19 (les fig. 4 et 5 représentent quatre de ces derniers) qui ser vent à disposer le conduit intérieur à quelque dis tance par rapport au conduit extérieur. Ces goujons d'espacement peuvent également faire partie inté grante du conduit extérieur ou y être fixés d'une autre manière appropriée.
Bien qu'on ait représenté en 16 une chemise de refroidissement, on peut utiliser à la place des ser.. pentins de refroidissement.
En examinant particulièrement les fig. 4 et 5, on voit qu'elles illustrent respectivement les positions du conduit intérieur lorsqu'il est bloqué et assemblé et au cours du processus de blocage et de déblocage par rapport au conduit extérieur, deux des goujons d'espacement étant illustrés en alignement avec les centres des pattes de blocage. Pour des raisons de clarté, on n'a pas représenté la chemise de refroidis sement sur ces figures.
Le brûleur décrit ici est soumis à des conditions de températures de fonctionnement sévères, non seu lement du fait qu'il est placé au voisinage de la zone de réaction où la formation du gaz de synthèse se produit de manière désirable au-dessus de 1093 C et fréquemment jusqu'à 1649 C, mais également du fait qu'il amène des gaz réactifs qui sont préchauffés à des températures relativement élevées, par exemple 482o C, avant de les décharger dans la zone de ré action.
En conséquence, on doit prévoir une structure qui tienne compte des différences élevées de dilata tion et de contraction des divers éléments du brû leur qui se produisent du fait que celui-ci est exposé à la radiation provenant de la zone de réaction à température élevée ainsi que du passage des gaz préchauffés. On a établi que la gamme étendue des tempéra tures auxquelles les brûleurs du type décrit sont ex posés contribue beaucoup à leur détérioration rapide, non seulement en ce qui concerne l'érosion du métal, mais aussi en raison des contraintes créées par suite de la dilatation et de la contraction répétées qui aboutissent à des ruptures aux points de jonction des éléments du brûleur.
La fig. 3 est une vue agrandie en coupe partielle faite par 3-3 de la fig. 6, représentant l'ensemble C du joint de dilatation. Cet ensemble comporte des brides de blocage 20 et 21 fixées respectivement au conduit extérieur 13 et au conduit intérieur 10. Le joint de dilatation comporte un soufflet 22 supporté par un boîtier 23 auquel sont fixées des brides de blocage 24 et 25. Le joint de dilatation, c'est-à-dire le soufflet et le boîtier, entoure le conduit intérieur 10, et il est réuni aux conduits intérieur et extérieur par des moyens de fixation, par exemple des bou lons et écrous 26 qui servent à fixer les unes aux autres les brides de blocage jointives.
On a représenté en 27 un dispositif d'étanchéité, par exemple une bague annulaire, pour rendre étanche le boîtier par rapport aux conduits.
Outre les boulons et écrous de blocage 26, les brides de blocage comportent chacune une bague d'alignement 20a,<I>21a, 24a</I> et 25a, recevant une tige d'alignement 28 utilisée à des fins qu'on décrira ci- après.
Les brides de blocage 24, 25 que comporte le boîtier 23 comprennent également un- certain nom bre de pattes à raison de trois pattes par bride indi quées respectivement en 24b et 25b, qui reçoivent des boulons et écrous d'espacement 29 et qu'on monte sur le joint de dilatation au moyen de la cale illustrée en traits mixtes.
<B>Au</B> cours du montage de ce joint, on amène les brûleurs à leur température de fonctionnement et l'on place les boulons d'espacement 29 dans les ouver tures des pattes, les cales étant mises entre ces derniè res et les écrous. Lorsque le brûleur est à sa tem pérature de fonctionnement, on serre à la main les écrous contre la cale, on les bloque en place, après quoi on enlève les cales, Le brûleur doit fonction ner avec l'espacement réalisé entre les écrous et les pattes, les boulons assemblés servant de dispositif de sécurité au cas où le soufflet 22 céderait.
Outre les goujons d'espacement 19 qui sont por tés par le conduit extérieur de manière à maintenir à quelque distance le conduit intérieur concentrique à celui-ci, au conduit intérieur est fixée au voisinage du joint de dilatation une bague d'espacement 30, qui doit être placée en amont du conduit d'admission du combustible, pour assurer une étanchéité partielle vis-à-vis des fuites par le joint.
On a illustré sur les fig. 6 et 7 deux positions de l'ensemble lorsque le conduit intérieur est dans des positions de blocage et de déblocage ; ces figures représentent de quelle manière on doit utiliser la tige d'alignement, la flèche de la fig. 6 (ainsi que celle de la fig. 4) indiquant le sens de rotation pour le dé blocage. On enlève le conduit intérieur 10 de l'en semble en enlevant le dispositif de fixation 26 qui maintient en position les brides 21 et 25 et en faisant tourner le conduit jusqu'à la position illustrée sur la fig. 7.
Pour assembler le brûleur de manière à obtenir la position bloquée de la fig. 6, on oriente les bagues d'alignement de manière à leur faire recevoir la tige d'alignement 28 qui sert de moyen prélimi naire de blocage avant l'assemblage- final avec les boulons et écrous 26. Dans une variante, on peut enlever le conduit intérieur 10 en même temps que l'ensemble du joint de dilatation C en enlevant le dispositif de fixation 26 maintenant les brides 20 et 24 en position assemblée.
Comme illustré sur les fig. 4 et 5, les pattes de blocage s'étendent approximativement sur un secteur de 45 qui peut varier jusqu'à un maximum de 90 . Toutefois, le secteur plus petit est désirable de ma nière à empêcher un effet d'écran sur le courant du gaz réactif dans le conduit annulaire extérieur, par suite de l'étranglement apporté par les pattes.
Ainsi, même s'il se produit une détérioration du bec du brûleur par suite des températures et de l'action de corrosion dans des conditions normales de fonctionnement du brûleur, la détérioration la plus rapide du métal du bec du brûleur peut être limitée à l'ouverture du conduit intérieur par un envoi d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène dans ce conduit, de sorte que des ajutages facilement rempla- çables qui protègent d'autres surfaces du bec de l'action de l'oxygène et de la flamme primaire cons tituent une solution du problème.
La vie utile du bec extérieur du brûleur a tellement été augmentée par l'envoi du combustible par le passage annulaire et le refroidissement du bec extérieur que la vie utile du bec intérieur est maintenant le facteur déterminant dans le fonctionnement du brûleur. C'est pourquoi, lorsque les conditions de fonctionnement exigent un changement du brûleur, on peut remplacer le con duit intérieur et monter un nouveau bec de brûleur sans l'inconvénient et la dépense du remplacement d'un ensemble nouveau complet tel qu'indiqué en A.
En outre, du fait des différences des vitesses indispensables pour l'envoi satisfaisant des divers combustibles, les dimensions du conduit intérieur et du passage annulaire qu'il délimite avec le conduit extérieur varient. En choisissant et en utilisant un conduit intérieur amovible, c'est-à-dire qu'on peut remplacer facilement, muni d'un bec ayant le profil le plus approprié au combustible à utiliser, on peut conserver le même ensemble de brûleur et de con duit extérieur pour des combustibles liquides et des combustibles gazeux.
La bride de blocage D sert à maintenir le brû leur.