EP0225344A1 - Bruleur pour chaudiere a combustible liquide avec circuit de recyclage des gaz de combustion - Google Patents

Bruleur pour chaudiere a combustible liquide avec circuit de recyclage des gaz de combustion

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Publication number
EP0225344A1
EP0225344A1 EP19860903184 EP86903184A EP0225344A1 EP 0225344 A1 EP0225344 A1 EP 0225344A1 EP 19860903184 EP19860903184 EP 19860903184 EP 86903184 A EP86903184 A EP 86903184A EP 0225344 A1 EP0225344 A1 EP 0225344A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sleeve
nozzle
plate
gases
burner
Prior art date
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Ceased
Application number
EP19860903184
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rudolf Müller
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Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0225344A1 publication Critical patent/EP0225344A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads

Definitions

  • the present invention relates to a burner for -heater with liquid fuel provided with means for recycling the combustion gases, this burner comprising a jet of aliT ⁇ aration in liquid fuel and a sleeve for guiding the combustible gases coming from the vaporization of this fuel liquid, mixed with recycled combustion gases, this sleeve being arranged coaxially with respect to this nozzle which is mounted inside a support bush equipped with air supply members arranged concentrically around said nozzle.
  • German patent application No 2810 193, published before examination and the French utility certificate No 80 16736 describe burners designed to ensure partial recirculation of the combustion gases inside the burner heads. The consequence is a relatively high temperature combustion resulting in a relatively high residual rate of nitrogen oxides. In both cases the combustion air is directed towards the center of the guide sleeve and the recycled gases rather towards the periphery of the sleeve, which promotes this combustion at high temperature.
  • the present invention proposes to overcome this drawback by producing a burner as mentioned above making it possible to obtain as complete combustion as possible with a relatively low flame temperature, which guarantees an extremely reduced rate of oxides of nitrogen in the residual combustion gases and very complete combustion of the liquid fuel.
  • the burner according to the invention ensures dynamic recycling of the partially cooled combustion gases.
  • this burner is designed in a very simple and economical manner, so that the parts known to be delicate in conventional burners are effectively protected against high temperatures and deposits - unburnt residues. Thanks to this design, a thermal distribution is obtained such that heavy or medium oils can be burnt as completely as light fuels.
  • the simple construction of this burner allows almost immediate adaptation for the use of combustible gas instead of liquid fuel.
  • a burner according to the invention characterized in that the sleeve of the combustible and combustion gases is open at its two ends and is mounted substantially in the extension of the support bushing, axially offset by relative to the latter, so as to provide an annular space arranged to allow penetration of the combustion gases into said sleeve, at its open upstream end, disposed opposite the support bushing.
  • the support bushing is closed, at its end disposed near the sleeve for guiding the combustible and combustion gases, by a closure plate provided with a central opening formed in the extension of the nozzle and d 'a first series of openings arranged in a ring concentrically around said central opening, constituting said air intake members.
  • This plate may also include a second series of openings arranged in a crown, concentrically between said central opening and said first series of openings.
  • the openings of said second series of openings are advantageously each formed by a hole in the closure plate.
  • the closure plate comprises, in its central part surrounding the central opening, a deflector plate composed of fins in the form of circular sectors, offset and partially superimposed relative to one another so as to provide slots arranged to generate turbulence whose axis of rotation corresponds substantially to the axis of the nozzle, these slots constituting in this case said second series of openings.
  • the gas is guided using a cylindrical sleeve oriented along the axis of the nozzle and mounted perpendicularly on said closure plate, so as to separate said first and said second series of openings.
  • This socket is preferably open at one of its ends and partially closed at its other end arranged near the nozzle, by said deflector plate. It is advantageously mounted on said closure plate, the deflector plate being mounted inside this socket so that the plane of the closure plate is parallel to the plane of the deflection plate, the latter being offset from first along the axis of the nozzle in the direction of a separation from the free end of this nozzle, this end being arranged in a parallel plane intermediate between the plane of the deflector plate and the plane of the plate shutter.
  • the guide sleeve for combustible gases mixed with combustion gases is open at its two ends and is mounted substantially in the extension of the support sleeve, offset axially relative to the latter so as to spare an annular space arranged to allow penetration of the recycled combustion gases into said sleeve, at its upstream end disposed opposite the support sleeve, this support sleeve being closed at its end disposed near the sleeve for guiding combustible and combustion gases by a closure plate provided with a central opening and a ring of openings constituting said air intake members, said central opening being limited by a cylindrical bushing for guiding combustible gases, this bushing being mounted on said blanking plate coaxial with the support bushing and the gas guide sleeve com fuel and combustion and carrying a deflector plate mounted parallel to the closure plate, this deflector plate being constituted by fins in the form of circular sectors, offset and partially superimposed so as to form slots suitable for generating
  • the free end of the nozzle is preferably arranged in a parallel plane intermediate between the plane of the closure plate of the support sleeve and the plane of the deflection plate mounted inside the guide sleeve of the combustible gases.
  • FIG. 1 represents a view in axial section of a first embodiment of the burner according to the invention
  • FIG. 2 represents a view in axial section of a second embodiment of this burner
  • FIG. 3 represents a perspective view of the deflector plate of the burner of FIG. 2,
  • the figure represents an axial section view of a third embodiment of this burner.
  • FIG. 5 represents a perspective view of the deflector plate of the burner of FIG. H.
  • the burner 10 as described essentially comprises a support bushing 11, a guide sleeve 12 of the combustible gases coming from the vaporization of a liquid fuel, mixed with recycled combustion gases, and a jet of fuel 13, mounted in a manner known per se inside the support socket 11 and associated with an ignition electrode 14.
  • the * douil ⁇ the support 11 is advantageously constituted by a cylindrical piece mounted in an appropriate opening of a wall 15 of the combustion chamber of a boiler (not shown), equipped with a closure plate 16 provided with a central opening 17, with a first ⁇
  • the two series of air intake openings 18 and 19 are located on two circles concentric with the central opening 17, disposed opposite the injection orifice of the supply nozzle 13.
  • the guide sleeve 12 for combustible gases preferably consists of a metal cylinder, the diameter of which may be less, but is preferably equal to or greater than that of the support sleeve 11.
  • This guide sleeve is open at its two ends. mites upstream 20 and downstream 21. It is mounted substantially coaxially and in the extension of the support sleeve, offset axially relative to the latter, so as to provide an annular space 22, suitable for permitting penetration of the combustion gases recycled into said sleeve at its upstream end, disposed opposite the support sleeve.
  • the combustible gases coming from the vaporization of the liquid fuel injected by the nozzle 13 penetrate into the guide sleeve 12 as shown by the arrows A.
  • Simultaneously air jets represented by the arrows B are injected through the openings 19 arranged in a circle around the central aperture 17.
  • a curtain of air jets, injected through the openings 18, and illustrated by the arrows C, is formed in the peripheral zone of the guide sleeve 12.
  • the gas guide sleeve 12 is preferably linked to the support sleeve 11 by connecting rods 23 which define the actual width of the annular space separating these two components. Note, however, that this method of attachment could be replaced by another one leading to similar results.
  • the upstream end 20 of the guide sleeve is preferably flared.
  • the burner 10 essentially consists of a support bush 11, a sleeve 12 for guiding the combustible gases and the recycled combustion gases, a supply nozzle 13 associated with an ignition electrode 11.
  • the support sleeve is mounted in a suitable opening in a wall 15 of the combustion chamber of a boiler and is closed at its end disposed opposite the guide sleeve 12 by a closure plate 16 provided with a central opening 27, the diameter of which is substantially larger than that of the central opening 17 of the closure plate 16 corresponding to the burner illustrated in FIG. 1.
  • a series of air intake openings 18 is formed in the closure plate 16. These openings are arranged in a circle concentric with the central opening 27.
  • This central opening 27 is partially closed by a deflector plate 28, provided with a central opening 29 and composed, as shown in more detail la'fig. 3, a series of fins, in the form of circular sectors 30, offset from one another and partially superimposed so as to provide slots 31 intended for the passage of air and arranged to cause rotary turbulence about an axis corresponding to the axis of the nozzle 13.
  • the zone of formation of this turbulence is delimited inside a guide sleeve 32 having a substantially cylindrical shape, mounted on the closure plate 16, substantially in the extension of the support sleeve 11, coaxial with this sleeve and the sleeve 12 for guiding the gases.
  • the combustible gases coming from the vaporization of the liquid fuel are injected into the zone delimited by the sleeve 12 in the direction of the arrows A.
  • the air having passed through the slots 31 creates a rotary turbulence illustrated by the arrows B, and located around Jets of combustible gases represented by the arrows A.
  • the cooling air having passed through the openings 18 follows a laminar trajectory along the inner wall of the guide sleeve 12. This air has the effect of cooling the combustion gases recycled illustrated by arrows D.
  • the deflector plate 13 is disposed in a plane parallel to that of the closure plate 16, the first being offset axially relative to the second in the direction of the upstream end of the guide sleeve 12 of the combustible and combustion gases . It will also be noted that the end of the nozzle 13 is arranged in a parallel plane intermediate between the planes corresponding respectively to the deflector plate 13 and to the closure plate 16.
  • the guide sleeve 12 is linked to the support sleeve 11 or to the closure plate 16 by connecting rods 22 providing a sufficient opening between the two components to allow easy circulation of the recycling gases.
  • the combustible gases coming from the vaporization of the liquid fuel are injected through the central opening 29 of the deflector plate 13 in the direction of the arrows A.
  • the air injected through the slots 31 of this deflector plate causes turbulence illustrated by the arrows B.
  • a curtain of cooling air injected through the openings 18 of the closure plate 16 is illustrated by the arrows C and the recycled combustion gases are represented by the arrows D.
  • the advantage of this variant is due to the fact that the addition of the relatively long guide sleeve 12 makes it possible to extend the path followed by the air-combustion gas mixture recycled.
  • This increase in the trajectory of the mixture makes it possible to reduce the temperature and makes it possible to increase the quantity of recycled gas.
  • the increase in the quantity of recycled gas makes it possible to ensure better combustion and the lowering of the temperature of the mixture makes it possible to significantly reduce the rate of nitrogen oxides contained in the residual combustion gases.
  • the burners as described above, essentially those of FIGS. 2 and 1, provide combustion in two phases.
  • the liquid fuel is vaporized and the gases which thus form are mixed with the air injected through the slots in the deflector plate and burned in an oxygen-poor atmosphere.
  • the resulting combustion produces carbon monoxide CO, carbon dioxide C02 and hydrocarbons.
  • the thermal energy released by this combustion corresponds substantially to a third of the total thermal energy of the fuel.
  • the heat produced is low during this first phase so that the formation of nitrogen oxides produced is also low.
  • the secondary air ejected through the openings 18 formed in the closure plate 16 is preheated by mixing with the combustion gases recycled inside the gas guide bush. This preheating takes place immediately upon the appearance of the flame in the burner at the time of ignition and not after heating o
  • the preheated air comes into contact with the recycled gases formed during the first phase and which consist of a mixture of combustion gases and hydrocarbons, and ensures complete combustion. Since the air is strongly preheated, especially in the variant illustrated in fig. 1 where its common trajectory with the recycled gases is lengthened, combustion is optimal.
  • the gaseous mixture absorbs part of the heat of the flame when it enters the combustion zone, which makes it possible to observe in this zone a temperature below the average, which has the direct consequence of a reduction. the rate of nitrogen oxides (NOx) whose formation is favored, in a manner known per se by the high temperatures.
  • NOx nitrogen oxides
  • the temperature of the preheated air is approximately equal to:
  • the temperature of the preheated mixture will be of :
  • the flame temperature for combustion of a stoichiometric mixture is equal to:
  • the actual flame temperature can be estimated at:
  • the design of the burner described makes it possible to obtain a temperature distribution favorable to prolonging the longevity of the components of the burner and in particular of the guide sleeve. Indeed, this sleeve is constantly swept by the air propelled through the air supply openings, which ensures effective cooling of this part.
  • the exchange surface constituted essentially by the wall of the guide sleeve is relatively large, the injected air is preheated, which makes it possible to maintain a temperature close to 800 ° C. in the burner zone disposed downstream of the central opening of the shutter plate. This temperature is sufficient to ensure cracking of the heaviest molecules and to guarantee complete combustion of the injected fuel.
  • this burner can use medium and heavy oils, it has the advantage of being of simple design and very economical construction.
  • the burner as described can have various variants and undergo different modifications obvious to those skilled in the art, without going beyond the ambit of the present invention.

Landscapes

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Abstract

Le brûleur se compose essentiellement d'une douille support (11), d'un manchon (12) de guidage des gaz combustibles et de combustion, et d'un gicleur (13) qui débouche dans une ouverture (27) d'une plaque d'obturation (16) de la douille support (11). Des ouvertures d'amenée d'air (18) sont ménagées dans la plaque d'obturation (16). Une douille de guidage (42) porte une plaque déflectrice composée d'ailettes (30) séparées par des fentes (31) qui engendrent un courant d'air turbulent autour de la flamme.

Description

BRULEUR POUR CHAUDIERE A COMBUSTIBLE LIQUIDE AVEC CIRCUIT DE RECYCLAGE DES GAZ DE COMBUSTION
La présente invention concerne un brûleur pour -chaudière à combustible liquide pourvu de moyens de recyclage des gaz de combustion, ce brû¬ leur comportant un gicleur d'aliTβaratation en combustible liquide et un manchon de guidage des gaz combustibles provenant de la vaporisation de ce combustible liquide, mélangés à des gaz de combustion recyclés, ce manchon étant disposé coaxialement par rapport à ce gicleur qui est monté à l'intérieur d'une douille support équipée d'organes d'amenée d'air disposés concentriquement autour dudit gicleur.
La demande de brevet allemand No 2810 193, publiée avant examen et le certificat d'utilité français No 80 16736 décrivent des brûleurs conçus pour assurer une recirculation des gaz de combustion partielle à l'intérieur même des têtes des brûleurs. La conséquence en est une combustion a relativemnt haute température d'où un taux résiduel relativement élevé d'oxydes d'azote. Dans les deux cas l'air de combustion est dirigé vers le centre du manchon de guidage et les gaz recyclés plutôt vers la périphérie du manchon, ce qui favorise cette combustion à température élevée.
La présente invention se propose de pallier cet inconvénient en réalisant un brûleur tel que mentionné ci-dessus permettant d'obtenir une combustion aussi complète que possible avec une température de la flamme relativement basse, ce qui garantit un taux extrêmement réduit d'oxydes d'azote dans les gaz résiduels de combustion et une combustion très complète du combustible liquide.
Ce but, ainsi que d'autres qui apparaîtront de manière évidente à la lecture de la description ci-dessous, est atteint par le brûleur selon l'invention qui assure un recyclage dynamique des gaz de combustion partiellement refroidis. En outre, ce brûleur est conçu de manière très simple et économique, de sorte que les parties connues pour être délicates dans les brûleurs classiques sont efficacement protégées contre les hautes températures et les dépôts -as résidus imbrûlés. Grâce à cette conception, on obtient une répartition thermique telle que les huiles lourdes ou moyennes puissent être brûlées aussi complè¬ tement que les combustibles légers. La construction simple de ce brûleur permet une adaptation quasi immédiate en vue d'une utilisation de gaz combustible à la place du combustible liquide.
Le but recherché est atteint par un brûleur selon l'invention, carac¬ térisé en ce que le manchon des gaz combustibles et de combustion est ouvert à ses deux extrémités et est monté sensiblement dans le prolon¬ gement de la douille support, décalé axialement par rapport à cette dernière, de manière à ménager un espace annulaire agencé pour permet¬ tre une pénétration des gaz de combustion dans ledit manchon, à son extrémité amont ouverte, disposée en regard de la douille support.
Selon une forme de réalisation avantageuse, la douille support est obturée, à son extrémité disposée à proximité du manchon de guidage des gaz combustibles et de combustion, par une plaque d'obturation pourvue d'une ouverture centrale ménagée dans le prolongement du gicleur et d'une première série d'ouvertures disposées en couronne concentriquement autour de ladite ouverture centrale, constituant lesdits organes d'amenée d'air.
Cette plaque peut également comporter une seconde série d'ouvertures disposées en couronne, concentriquement entre ladite ouverture centrale et ladite première série d'ouvertures.
Les ouvertures de ladite seconde série d'ouvertures sont avantageusement constituées chacune par un trou ménagé dans la plaque d'obturation.
Selon un autre mode de réalisation, la plaque d'obturation comprend, dans sa partie centrale entourant l'ouverture centrale, une plaque déflectrice composée d'ailettes en forme de secteurs circulaires, décalées et partiellement superposées les unes par rapport aux autres de manière à ménager des fentes agencées pour engendre une turbulence dont l'axe de rotation correspond sensiblement à l'axe du gicleur, ces fentes constituant dans ce cas ladite seconde série d'ouvertures. Le guidage des gaz se fait à l'aide d'une douille cylindrique orientée selon l'axe du gicleur et montée perpendiculairement sur ladite plaque d'obturation, de manière à séparer ladite première et ladite seconde série d'ouvertures.
Cette douille est de préférence ouverte à une de ses extrémités et partiellement obturée à son autre extrémité disposée à proximité du gicleur, par ladite plaque déflectrice. Elle est avantageusement montée sur ladite plaque d'obturation, la plaque déflectrice étant montée à l'intérieur de cette douille de telle manière que le plan de la plaque d'obturation soit parallèle au plan de la plaque déflectrice, ce dernier étant décalé par rapport au premier le long de l'axe du gicleur dans le sens d'un éloignement de l'extrémité libre de ce gicleur, cette extrémité étant disposée dans un plan parallèle intermédiaire entre le plan de la plaque déflectrice et le plan de la plaque d'obturation.
Selon une forme de réalisation préférée, le manchon de guidage des gaz combustibles mélangés à des gaz de combustion, est ouvert à ses deux extrémités et est monté sensiblement dans le prolongement de la douille support, décalé axialement par rapport à cette dernière de manière à ménager un espace annulaire agencé pour permettre une pénétration des gaz de combustion recyclés dans ledit manchon, à son extrémité amont disposée en regard de la douille support, cette douille support étant obturée à son extrémité disposée à proximité du manchon de guidage des gaz combustibles et de combustion par une plaque d'obturation pourvue d'une ouverture centrale et d'une couronne d'ouvertures constituant lesdits organes d'amenée d'air, ladite ouverture centrale étant limitée par une douille cylindrique de guidage des gaz combustibles, cette douille étant montée sur ladite plaque d'obturation coaxialement à la douille support et au manchon de guidage des gaz combustibles et de combustion et portant une plaque déflectrice montée parallèlement à la plaque d'obturation, cette plaque déflectrice étant constituée par des ailettes en forme de secteurs circulaires, décalées et partiellement superposées de manière à former des fentes propres à engendrer une turbulence dont l'axe de rotation correspond à l'axe du gicleur, ce dernier étant disposé en regard d'une ouverture centrale ménagée dans ladite plaque déflectrice.
L'extrémité libre du gicleur est de préférence disposée dans un plan parallèle intermédiaire entre le plan de la plaque d'obturation de la douille support et le plan de la plaque déflectrice montée à l'intérieur de la douille de guidage des gaz combustibles.
La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel :
La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une première forme de réalisation du brûleur selon l'invention,
La figure 2 représente une vue en coupe axiale d'une seconde forme de réalisation de ce brûleur,
La figure 3 représente une vue en perspective de la plaque déflectrice du brûleur de la fig. 2,
La figure représente une vue en coupe axiale d'une troisième forme de réalisation de ce brûleur, et
La figure 5 représente une vue en perspective de la plaque déflectrice du brûleur de la fig. H.
En référence à la fig. 1, le brûleur 10 tel que décrit comporte essentiellement une douille support 11, un manchon de guidage 12 des gaz combustibles provenant de la vaporisation d'un combustible li¬ quide, mélangés à des gaz de combustion recyclés, et un gicleur d'ali¬ mentation 13, monté d'une manière connue en soi à l'intérieur de la douille support 11 et associé à une électrode d'allumage 14. La*douil¬ le support 11 est avantageusement constituée par une pièce cylindrique montée- dans une ouverture appropriée d'une paroi 15 de la chambre de combustion d'une chaudière (non représentée) , équipée d'une plaque d'obturation 16 pourvue d'une ouverture centrale 17, d'une première ς
série d'ouvertures d'amenée d'air 18 et d'une seconde série d'ouver¬ tures d'amenée d'air 19. Les deux séries d'ouvertures d'amenée d'air 18 et 19 sont localisées sur deux cercles concentriques à l'ouverture centrale 17, disposée en regard de l'orifice d'injection du gicleur d'alimentation 13.
Le manchon de guidage 12 des gaz combustibles est de préférence constitué par un cylindre métallique, dont le diamètre peut être inférieur, mais est de préférence égal ou supérieur à celui de la douille support 11. Ce manchon de guidage est ouvert à ses deux extré¬ mités amont 20 et aval 21. Il est monté sensiblement coaxialement et dans le prolongement de la douille support, décalé axialement par rapport à cette dernière, de manière à ménager un espace annulaire 22, propre à permettre une pénétration des gaz de combustion recyclés dans ledit manchon à son extrémité amont, disposée en regard de la douille support. Comme le montre la figure, les gaz combustibles provenant de la vaporisation du combustible liquide injecté par le gicleur 13 pénètrent dans le manchon de guidage 12 comme le montre les flèches A. Simultanément des jets d'air représentés par les flèches B sont injec¬ tés à travers les ouvertures 19 disposées en cercle autour de l'ou¬ verture centrale 17. Un rideau de Jets d'air, injectés à travers les ouvertures 18, et illustrés par les flèches C, se forme dans la zone périphérique du manchon de guidage 12. Ces jets d'air se mélangent aux gaz recyclés suivant une trajectoire illustrée par les flèches D et ont pour effet de refroidir ces derniers et de maintenir la zone de combustion à une température relativement basse.
Le manchon de guidage des gaz 12 est de préférence lié à la douille support 11 par des tiges de liaison 23 qui définissent la largeur réelle de l'espace annulaire séparant ces deux composants. On notera toutefois que ce mode de fixation pourrait être remplacé par un autre aboutissant à des résultats similaires. Pour faciliter le guidage des gaz recyclés selon les flèches D, l'extrémité amont 20 du manchon de guidage est de préférence évasée.
Le brûleur décrit en référence à la fig. 2 constitue une variante du brûleur exposé ci-dessus. Pour plus de clarté, les éléments identiques seront désignés p.ar les mêmes références et des références différentes seront attribuées aux éléments nouveaux ou modifiés.
Comme précédemment, le brûleur 10 se compose essentiellement d'une douille support 11, d'un manchon 12 de guidage des gaz combustibles et des gaz de combustion recyclés, d'un gicleur d'alimentation 13 associé à une électrode d'allumage 11. La douille support est montée dans une ouverture appropriée d'une paroi 15 de la chambre de combustion d'une chaudière et est obturée à son extrémité disposée en regard du manchon de guidage 12 par une plaque d'obturation 16 pourvue d'une ouverture centrale 27 dont le diamètre est sensiblement plus large que celui de l'ouverture centrale 17 de la plaque d'obturation 16 correspondant au brûleur illustré par la fig. 1. Une série d'ouvertures d'amenée d'air 18 est ménagée dans la plaque d'obturation 16. Ces ouvertures sont disposées selon un cercle concentrique a l'ouverture centrale 27.
Cette ouverture centrale 27 est partiellement obturée par une plaque déflectrice 28, pourvue d'une ouverture centrale 29 et composée, comme le montre plus en détail la'fig. 3, d'une série d'ailettes, en forme de secteurs circulaires 30, décalées les unes par rapport aux autres et partiellement superposées de manière à ménager des fentes 31 desti¬ nées au passage de l'air et agencées pour provoquer une turbulence rotative autour d'un axe correspondant à l'axe du gicleur 13. La zone de formation de cette turbulence est délimitée à l'intérieur d'une douille de guidage 32 ayant une forme sensiblement cylindrique, montée sur la plaque d'obturation 16, sensiblement dans le prolongement de la douille support 11, coaxialement à cette douille et au manchon 12 de guidage des gaz.
Comme précédemment les gaz combustibles provenant de la vaporisation du combustible liquide sont injectés dans la zone délimitée par le manchon 12 dans le sens des flèches A. L'air ayant traversé les fentes 31 créent une turbulence rotative illustrée par les flèches B, et localisée autour des Jets de gaz combustibles représentés par les flèches A. L'air de refroidissement ayant traversé les ouvertures 18 suit une trajectoire laminaire longeant la paroi intérieure du manchon de guidage 12. Cet air a pour effet de refroidir les gaz de combustion recyclés illustrés par les flèches D.
Les variantes illustrées par les figures et 5 sont relativement proches, au point de vue construction, de la réalisation illustrée par les figures 2 et 3. On retrouve sur ce brûleur 10 la douille support 11, le manchon de guidage 12, le gicleur 13 associé a son électrode d'allumage 11, disposé à l'intérieur de la douille support 11, elle- même engagée dans une ouverture appropriée d'une paroi 15 de la cham¬ bre de combustion d'une chaudière (non représentée). Comme précédem¬ ment la douille support 11 est obturée à son extrémité disposée en regard de l'extrémité amont du manchon de guidage par une plaque d'obturation 16 pourvue d'une ouverture centrale 27 et équipée d'ori¬ fices d'amenée d'air 18 disposés selon un cercle concentrique à l'ou¬ verture centrale 27. Une douille de guidage 12, dont la longueur est sensiblement plus grande que celle de la douille de guidage 32 illus¬ trée par la fig. 2, est montée sur la plaque d'obturation 16 de manière à s'engager exactement dans l'ouverture centrale 27 de cette dernière. Une plaque déflectrice 13, illustrée plus en détail par la figure 5 et comportant une ouverture centrale 29 et des ailettes 30 en forme de secteurs circulaires, décalées et partiellement superposées pour former des fentes 31. Qui dans ce cas sont radiales, est montée a l'intérieur de la douille de guidage 12 de forme sensiblement cylin¬ drique. On notera que dans l'exemple illustré par la fig. 2, la plaque déflectrice 28 est disposée sensiblement dans le même plan que la plaque d'obturation 16. Dans l'exemple illustré par la fig. 1, la plaque déflectrice 13 est disposée dans un plan parallèle à celui de la plaque d'obturation 16, le premier étant décalé axialeraent par rapport au second dans la direction de l'extrémité amont du manchon de guidage 12 des gaz combustibles et de combustion. On notera également que l'extrémité du gicleur 13 est disposée dans un plan parallèle intermédiaire entre les plans correspondant respectivement a la plaque déflectrice 13 et à la plaque d'obturation 16.
Comme dans l'exemple illustré par la fig. 1 le manchon de guidage 12 est lié à la douille support 11 ou à la plaque d'obturation 16 par des tiges de liaison 22 ménageant une ouverture suffisante entre les deux composants pour permettre une circulation aisée des gaz de recyclage. Comme précédemment les gaz combustibles provenant de la vaporisation du combustible liquide sont injectés à travers l'ouverture centrale 29 de la plaque déflectrice 13 dans le sens des flèches A. L'air injecté à travers les fentes 31 de cette plaque déflectrice provoque une turbulence illustrée par les flèches B. Un rideau d'air de refroidis¬ sement injecté à travers les ouvertures 18 de la plaque d'obturation 16 est illustré par les flèches C et les gaz de combustion recyclés sont représentés par les flèches D.
L'avantage de cette variante, considérée comme forme de réalisation préférée du brûleur selon l'invention, est dû au fait que l'adjonction de la douille de guidage 12 relativement longue permet de prolonger le chemin suivi par le mélange air-gaz de combustion recyclés. Cet accroissement de la trajectoire du mélange permet d'en diminuer la température et permet d'augmenter la quantité de gaz recyclés. L'augmentation de la quantité de gaz recyclés permet d'assurer une meilleure combustion et l'abaissement de la température du mélange permet de réduire sensiblement le taux d'oxydes d'azote contenus dans les gaz résiduels de combustion.
Les brûleurs tels que décrits ci-dessus, essentiellement ceux des figures 2 et 1 , assurent une combustion en deux phases. Au cours de la première phase, le combustible liquide est vaporisé et les gaz qui se forment ainsi sont mélangés à l'air injecté a travers les fentes de la plaque déflectrice et brûlés dans une atmosphère pauvre en oxygène. La combustion qui en résulte produit de l'oxyde de carbone CO, de l'anhydride carbonique C02 et des hydrocarbures. L'énergie thermique dégagée par cette combustion correspond sensiblement au tiers de l'énergie thermique totale du combustible. La chaleur produite est faible au cours de cette première phase de sorte que la formation d'oxydes d'azote produits est également faible.
Simultanément l'air secondaire éjecté par les ouvertures 18 ménagées dans la plaque d'obturation 16 est préchauffé par mélange avec les gaz de combustion recyclés à l'intérieur de la douille de guidage des gaz. Ce préchauffage s'effectue immédiatement à l'apparition de la flamme dans le brûleur au moment de l'allumage et non après le chauffage o
préalable des parois ou autres composants du brûleur.
Lors du recyclage des gaz de combustion, une partie de l'énergie de ces derniers est cédée aux parois de la chambre de combustion de la chaudière avant qu'ils ne soient réaspirés par l'air secondaire issu des ouvertures 18. Selon le type de chaudière, leur température peut varier entre 600 et 1O00-C. Ils sont toutefois assez chauds pour assurer un excellent préchauffage de cet air. Par ailleurs, la masse de gaz à chauffer par la combustion est accrue du fait de l'existence de ce mélange air secondaire-gaz de combustion recyclés. En raison de cette augmentation de la masse de gaz, la température de la flamme est réduite proportionnellement.
Au cours de la seconde phase de la combustion, l'air préchauffé entre en contact avec les gaz recyclés formés au cours de la première phase et qui se composent d'un mélange de gaz de combustion et d'hydrocar¬ bures, et en assure la combustion complète. Etant donné que l'air est fortement préchauffé, surtout dans la variante illustrée par la fig. 1 où sa trajectoire commune avec les gaz recyclés est allongée, la combustion est optimale. Le mélange gazeux absorbe une partie de la chaleur de la flamme au moment où il pénètre dans la zone de combus¬ tion, ce qui permet de constater dans cette zone une température inférieure à la moyenne, ce qui a pour conséquence directe une réduc¬ tion du taux d'oxydes d'azote (NOx) dont la formation est favorisée, d'une manière connue en soi par les hautes températures.
A titre d'exemple, si l'air ambiant à une température de 20'C, les gaz recyclés une température de 800*C et la zone de combustion, c'est-à- dire la flamme, une température de l'800*C et si le mélange air-gaz recyclés s'effectue à proportions égales au cours de la première phase de combustion, la température de l'air préchauffé est approximative¬ ment égale à :
Ta = (20*C + 800*0/2 = 410'C
Si on mélange environ 651 d'air secondaire préchauffé aux gaz issus de la première phase de combustion, la température du mélange préchauffé sera de :
Tra = ïa/0 ,65 = 630* C
La température de la flamme pour une combustion de mélange stoechiométrique est égale à :
Tfl= ( l '800-C + 800*0/2 = l ' 300-C
Etant donné que l'on injecte un excès d'air de l'ordre de 10%, la température réelle de la flamme peut être estimée à :
Tfl = T200-C
La conception du brûleur décrit permet d'obtenir une répartition de la température favorable au prolongement de la longévité des composants du brûleur et notamment du manchon de guidage. En effet, ce manchon est constamment balayé par l'air propulsé à travers les ouvertures d'amenée d'air, ce qui assure un refroidissement efficace de cette pièce. Toutefois, grâce au recyclage des gaz de combustion et au bon échange thermique qui s'effectue entre ces gaz de combustion et l'air frais injecté, du fait que la surface d'échange, constituée essentiel¬ lement par la paroi du manchon de guidage, est relativement grande, l'air injecté est préchauffé, ce qui permet de maintenir une tempéra¬ ture voisine de 800*C dans la zone du brûleur disposée en aval de l'ouverture centrale de la plaque d'obturation.. Cette température est suffisante pour assurer un craquage des molécules les plus lourdes et pour garantir une combustion complète du carburant injecté.
On a intérêt à augmenter la surface d'échange thermique entre les gaz de combustion et l'air injecté au travers des ouvertures d'amenée d'air pour augmenter la vitesse de craquage des molécules lourdes, ce qui permet de réduire la longueur du manchon de guidage et de diminuer proportionnellement les risques de dépôts de carbone ou de cendres sur la paroi intérieure de ce manchon. Pour diminuer ce risque, on peut également augmenter quelque peu le diamètre de ce manchon, ce qui favorise également le fonctionnement silencieux du brûleur. La distance entre la plaque d'obturation portant les ouvertures d'-ame¬ née d'air et le manchon de guidage des gaz doit être assez grande pour permettre un bon recyclage des gaz de combustion. Le mélange obtenu de gaz combustible provenant de la vaporisation du combustible liquide, de gaz de combustion et d'air est proche du mélange stoechiométrique. Le recyclage des gaz de combustion provoque également un ralentisse¬ ment des gaz combustibles, ce qui favorise un fontionnement silencieux du brûleur.
Outre le fait que ce brûleur peut utiliser les huiles moyennes et lourdes, il présente l'avantage d'être de conception simple et de construction très économique.
Le brûleur tel que décrit peut présenter diverses variantes et subir différentes modifications évidentes pour l'homme de l'art, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Claims

Revendications
1. Brûleur pour chaudière à combustible liquide pourvu de moyens de recyclage des gaz de combustion, ce brûleur comportant un gicleur d'alimentation en combustible liquide et un manchon de guidage des gaz combustibles provenant de la vaporisation de ce combustible liquide, mélangés à des gaz de combustion recyclés, ce manchon étant disposé coaxialement par rapport à ce gicleur qui est monté à l'intérieur d'une douille support équipée d'organes d'amenée d'air disposés con¬ centriquement autour dudit gicleur, caractérisé en ce que le manchon ( 12) des gaz combustibles et de combustion est ouvert à ses deux extrémités (20, 21) et est monté sensiblement dans le prolongement de la douille support (11), décalé axialement par rapport à cette der¬ nière, de manière à ménager un espace annulaire (22) agencé pour permettre une pénétration des gaz de combustion dans ledit manchon, à son extrémité amont (20) ouverte disposée en regard de la douille support.
2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la douille support (11) est obturée, à son extrémité disposée à proximité du manchon de guidage (12) des gaz combustibles et de combustion par une plaque d'obturation (16) pourvue d'une ouverture centrale (17) ménagée dans le prolongement du gicleur (13) et d'une première série d'ouver¬ tures ( 18) disposées en couronne concentriquement autour de ladite ouverture centrale (17), constituant lesdits organes d'amenée d'air.
3. Brûleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite plaque comporte une seconde série d'ouvertures (19) disposées en couronne, concentriquement entre ladite ouverture centrale (17) et ladite première série d'ouvertures (18).
. Brûleur selon la revendication 3. caractérisé en ce que les ouvertures de ladite seconde série d'ouvertures sont constituées chacune par un trou ménagé dans la plaque d'obturation (16).
5. Brûleur selon la revendication 3. caractérisé en ce que la plaque d'obturation (16) comprend, dans sa partie centrale entourant l'ouver-
ture centrale (17), une plaque déflectrice (28, 13) composée d'ailet¬ tes (30), en forme de secteurs circulaires, décalées et partiellement superposées les unes par rapport aux autres de manière à ménager des fentes (3D agencées pour engendrer une turbulence dont l'axe de rotation correspond sensiblement à l'axe du gicleur (13), ces fentes constituant dans ce cas ladite seconde série d'ouvertures.
6. Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une douille cylindrique de guidage (32, 12) des gaz combustibles, cette douille étant orientée selon l'axe du gicleur (13) et montée perpendiculairement sur ladite plaque d'obturation (16), de manière à séparer ladite première et ladite seconde série d'ouvertures.
. Brûleur selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la douille cylindrique de guidage (32, 12) des gaz combustibles est ouverte à une de ses extrémités et partiellement obturée à son autre extrémité disposée à proximité du gicleur, par ladite plaque déflec¬ trice (28, 13) .
8. Brûleur selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ladite douille de guidage (12) des gaz combustibles est montée sur ladite plaque d'obturation et en ce que la plaque déflectrice (13) est montée à l'intérieur de cette douille de telle manière que le plan de la plaque d'obturation soit parallèle au plan de la plaque déflec¬ trice, ce dernier étant décalé par rapport au premier le long de l'axe du gicleur dans le sens d'un éloignement de l'extrémité libre de ce gicleur.
9. Brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité libre du gicleur ( 13) est disposée dans un plan parallèle intermé¬ diaire entre le plan de la plaque déflectrice (13) et le plan de la plaque d'obturation (16).
10. Brûleur pour chaudière à combustible liquide pourvu de moyens de recyclage des gaz de combustion, ce brûleur comportant un gicleur d'alimentation en combustible liquide et un manchon de guidage des gaz combustibles provenant de la vaporisation de ce combustible liquide .
mélangé à des gaz de combustion recyclés, ce manchon étant disposé coaxialement par rapport à ce gicleur monté à l'intérieur d'une douil¬ le support équipée d'organes d'amenée d'air disposés concentriquement autour dudit gicleur, caractérisé en ce que le manchon de guidage (12) des gaz combustibles mélangés à des gaz de combustion est ouvert à ses deux extrémités et est monté sensiblement dans le prolongement de la douille support (11), décalé axialeraent par rapport à cette dernière de manière à ménager un espace annulaire (22) agencé pour permettre une pénétration des gaz de combustion recyclés dans ledit manchon, à son extrémité amont (20) ouverte, disposée en regard de la douille support (il), en ce que cette douille support est obturée à son extré¬ mité disposée à proximité du manchon de guidage des gaz combustibles et de combustion par une plaque d'obturation (16) pourvue d'une ouver¬ ture centrale (27) et d'une couronne d'ouvertures (18) constituant lesdits organes d'amenée d'air, en ce que ladite ouverture centrale est limitée par une douille cylindrique de guidage (12) des gaz com¬ bustibles, cette douille étant montée sur ladite plaque d'obturation coaxialement à la douille support et au manchon de guidage des gaz combustibles et de combustion, et en ce que cette douille porte une plaque déflectrice (13) montée parallèlement à la plaque d'obturation, cette plaque déflectrice étant constituée par des ailettes (30) en forme de secteurs circulaires, décalées et partiellement superposées de manière à former des fentes (31) propres à engendrer une turbulence dont l'axe de rotation correspond à l'axe du gicleur, ce dernier étant disposé en regard d'une ouverture centrale (29) ménagée dans ladite plaque déflectrice.
11. Brûleur selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'extré¬ mité libre du gicleur ( 13) est disposée dans un plan parallèle inter¬ médiaire entre le plan de la plaque d'obturation (16) de la douille support et le plan de la plaque déflectrice (13) montée à l'intérieur de la douille de guidage (12) des gaz combustibles.
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