EP0269487B1 - Brûleur à gaz du type à air soufflé et à prémélange - Google Patents
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- EP0269487B1 EP0269487B1 EP87402425A EP87402425A EP0269487B1 EP 0269487 B1 EP0269487 B1 EP 0269487B1 EP 87402425 A EP87402425 A EP 87402425A EP 87402425 A EP87402425 A EP 87402425A EP 0269487 B1 EP0269487 B1 EP 0269487B1
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Classifications
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- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
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- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q9/00—Pilot flame igniters
Definitions
- the present invention relates to a relatively low power gas burner of the blown air and premix type.
- One of the objects of the present invention is to solve these problems so as to obtain a burner of the type mentioned above and whose air / fuel gas flow rates can be dosed appropriately as a function of the desired operating conditions, thus making it possible to ensure good flame stability over the entire range of air and gas supply to the burner, without risking blowing or flashback.
- the arrival of combustion air to the burner preferably opens directly into the premix chamber and the narrowing that said air intake has with passage for the combustion air comprises a diaphragm through which an orifice is provided, the dimensions of which ensure the creation of an overpressure in the premix chamber.
- the burner of the invention has other advantages which appear in particular in the case where, in accordance with a particular envisaged application of the invention, it is used as a pilot burner for lighting a burner which can be submerged in the liquid to be heated from a higher power installation.
- pilot burners are commonly supplied with air and combustible gas by two separate conduits, the pilot being ignited then generally being produced by a simple electrode, of the spark plug type, disposed on the peripheral wall of the combustion chamber.
- pilot burners if they offer for some an acceptable flame stability, function only imperfectly in an enclosure such as a combustion chamber of a submerged tube heating installation operating with a pressure higher than atmospheric pressure .
- these burners are particularly sensitive to an adjustment of the air / fuel gas dosage.
- the ignition conditions quickly become defective.
- a change in the proper flow of combustible gas, although less common, has the same effects.
- the invention proposes to use the burner mentioned at the beginning of the description, as pilot burner for igniting a main burner, according to claim 5.
- the relatively low-power burner of the invention identified as a whole 1, essentially comprises a premix chamber 2 supplied with air and combustible gas by separate inlets 3 and 4, advantageously opening into this chamber 2 substantially radially at 13 and 14.
- the chamber 2 which has the general shape of an elongated cylindrical box with substantially circular section is closed on its front face by a metal grid 5 for stabilization and attachment of flames.
- This grid which is therefore relative ment sensitive to thermal stresses (compared to ceramic plates) may, as known per se, have orifices of suitable diameter and distribution to ensure good attachment and good stabilization of the flames at the entrance to the combustion chamber 6 of the burner .
- the air and fuel gas inlets 3 and 4 open into the chamber 2 towards the end opposite the grid 5.
- the combustion chamber 6 constitutes the combustion chamber of the main burner, (marked 10).
- the premix chamber 2 On its rear face, the premix chamber 2 is closed by a wall 8 on which is mounted, in leaktight manner, in order to resist the internal pressure of the premix chamber, a means of visual control 9 of the flame.
- This control means can consist of a glass plate.
- the ignition of the burner is ensured by an electrode 11 supplied with a high voltage suitable as shown in diagram 12 and suitably isolated, the ignition being effected by pins or electric arc between the tip 13 'of the electrode d ignition and the adjacent wall of the grid 5 suitably grounded of the box forming the distribution chamber 2.
- the electric power supply cable 9 of the electrode 11 crosses, in a pressure-tight manner in the chamber in question, at 15, the wall of this chamber. Sealing can in particular be ensured by means of a cable gland.
- the air inlet 3 has a passage 16 of relatively small cross section relative to that of the duct 3 , this orifice being formed in a part 17 of the diaphragm type, while on the complementary supply 4 of combustible gas, there is provided a member 18 with calibrated orifice 19, of the injector type or the like.
- the injector 18 is disposed at the opening 14 of the inlet 4 opening into the premix chamber 2.
- the gas flow rate is automatically adjusted to the value required by the calibrated injector regardless of the pressure variations of the gas supply (within a current range).
- the pilot ignition burner 1 is connected to the higher power burner, marked 10, by means of a tube 24 immersed in the bath 7 to be heated and having a diameter. slightly larger than that of the chamber 2.
- This tube 24 may consist of a substantially vertical projection projecting from the wall of the combustion chamber 6.
- a joint or support plane 25 located above the level 7 'of the bath 7 allows the pilot ignition burner to be correctly positioned with respect to the main burner 6, so that the pilot opens substantially perpendicularly into the combustion chamber 6 of the main burner, extending only very slightly therein so as not to not disturb the operating conditions of said main burner.
- Seals 26 can seal between the base of the tube 24 and the opposite part of the pilot premix chamber.
- the immersion depth of the main burner 10 is, in practice, currently not limited.
- a dotted line shows an ionization electrode 27 passing through the flame stabilization grid 5, like the ignition electrode 11. next to which it is placed.
- such an ionization electrode 27 is, when provided, advantageously mounted with the ignition electrode 11, towards the central part of the flame stabilization grid 5, substantially parallel to the direction d flow of the fuel mixture from the premix chamber 2 to the combustion chamber 6.
- FIG. 2 is shown, on a smaller scale, a complete diagram of mounting the low power burner of the invention, in the case where it is used as pilot burner for ignition of a burner immersed in the liquid to be heated from a higher power installation.
- the pilot burner 1 is supplied with combustible gas by a pipe 30 connected to the general distribution channel 34, and with air by a pipe. te 31, the air and combustible gas inlets 3 and 4 of FIG. 1 constituting the through ends of the pipes 30 and 31 at the level of the premix chamber of the burner.
- the lines 30 and 31 show the valves 23 and 22.
- the pipe 31 for supplying air to the pilot is in fact an air pipe issuing from the pipe for supplying air to the main burner.
- the “total" air necessary to ensure good operating conditions for the pilot burner 1 and the main burner 10 immersed in the heating bath 7, is supplied by a fan or compressor 32 which supplies not only the pipe 31, but also driving 33.
- the main burner 10 is supplied with air by this pipe 33 and with combustible gas by a pipe 35 also connected to the general distribution channel 34, the premix being then delivered to the supply pipe 36 to the burner 10.
- the main burner 10 is ignited, as known per se, by means of the pilot burner 1.
- the pilot burner 1 is supplied with an air / combustible gas ratio lower than the stoichiometric measurement.
- the main burner 10 is supplied with premix with a slight excess of air.
- the air / fuel gas metering of the pilot burner is perfected by an additional air supply at the surface of the grid shown diagrammatically by 5 opening into the combustion chamber 6, thus carrying out the stoichiometric metering of the fuel mixture from the pilot burner 1 .
- the excess air present in the feed premix of the main burner 10 and that is used by the pilot burner 1 makes it possible to find substantially stoichiometric conditions at the level of the main burner 10.
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Description
- La présente invention a pour objet un brûleur à gaz de relativement faible puissance du type à air soufflé et à prémélange.
- Plus précisément, l'invention se rapporte à un brûleur à gaz comprenant:
- - une chambre de prémélange pour mélanger de l'air comburant et du gaz combustible,
- - une chambre de combustion sur laquelle débouche une extrémité de la chambre de prémélange,
- - une arrivée d'air comburant communiquant avec la chambre de prémélange et présentant localement un rétrécissement avec un passage pour l'air comburant,
- - une arrivée de gaz combustible communiquant avec la chambre de prémélange et comprenant un orifice calibré pour le passage du gaz combustible.
- Un tel brûleur est divulgué notamment au brevet US-A 3 957 421.
- Mais sur un brûleur de cette catégorie, des problèmes de réglage du débit air/gaz combustible apparaissent souvent, problèmes consécutifs à des fluctuations de pression ou à des pertes de charge. Or un dosage défectueux du rapport air/gaz combustible entraîne des instabilités de flammes nuisant profondément au bon fonctionnement du brûleur.
- L'un des objets de la présente invention est de résoudre ces problèmes de façon à obtenir un brûleur du type mentionné ci-dessus et dont les débits air/gaz combustible peuvent être dosés convenablement en fonction des conditions de fonctionnement désirées, permettant ainsi d'assurer une bonne stabilité de flamme sur toute la gamme d'alimentation en air et en gaz du brûleur, sans risquer de soufflage ou de retour de flammes.
- Aussi, l'une des caractéristiques essentielles de l'invention consiste en ce que le brûleur ci-dessus mentionné se caractérise en ce qu'il comprend en outre:
- - une grille métallique de stabilisation de flamme disposée en travers de l'extrémité de la chambre de prémélange par où cette dernière communique avec la chambre de combustion, ladite électrode d'allumage étant montée à travers ladite grille pour enflammer l'air comburant et le gaz combustible lesquels ont été mélangés sensiblement dans leur totalité dans la chambre de prémélange.
- Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, l'arrivée d'air comburant au brûleur débouche de préférence directement dans la chambre de prémélange et le rétrécissement que ladite arrivée d'air présente avec passage pour l'air comburant comprend un diaphragme à travers lequel est ménagé un orifice dont les dimensions assurent la création d'une surpression dans la chambre de prémélange.
- Pouvant ainsi régler de façon fine le dosage air/gaz combustible, on assure un accrochage stable de la flamme sur la grille.
- Le brûleur de l'invention présente d'autres avantages qui apparaissent en particulier dans le cas où, conformément à une application particulière envisagée de l'invention, on l'utilise en tant que brûleur pilote pour l'allumage d'un brûleur immergeable dans le liquide à chauffer d'une installation de plus forte puissance.
- Les brûleurs pilotes connus sont couramment alimentés en air et en gaz combustible par deux conduits séparés, l'allumage du pilote étant alors généralement réalisé par une simple électrode, du type bougie d'allumage, disposée sur la paroi périphérique de la chambre de combustion.
- De tels brûleurs pilotes, s'ils offrent pour certains une stabilité de flammes acceptable, ne fonctionnent qu'imparfaitement dans une enceinte telle qu'une chambre de combustion d'une installation de chauffage à tube immergé fonctionnant avec une pression supérieure à la pression atmosphérique.
- En particulier, ces brûleurs sont particulièrement sensibles à un déréglage du dosage air/gaz combustible. En cas de variation du débit d'air, suite par exemple à une variation des pertes de charge dans les conduits, les conditions d'allumage deviennent rapidement défectueuses. Une modification du débit convenable de gaz combustible, bien que moins courante, produit les mêmes effets.
- En outre, aucune surpression d'alimentation en gaz combustible et en air n'étant créée dans la chambre de prémélange de tels brûleurs pilotes, la profondeur d'immersion du brûleur principal dans le liquide à chauffer est limitée.
- Une autre limitation de cette profondeur d'immersion résulte de la disposition habituelle de l'électrode d'allumage sur la longueur de la chambre de combustion.
- Pour résoudre ces problèmes l'invention propose d'utiliser le brûleur mentionné en début de description, en tant que brûleur pilote d'allumage d'un brûleur principal, selon la revendication 5.
- Enfin le procédé auquel se rapporte l'invention selon la revendication 6 pour allumer un brûleur principal au moyen du brûleur pilote de la revendication 5 permet également de résoudre les problèmes de réglage du débit air/gaz combustible rencontrés sur les brûleurs existants de même catégorie.
- D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- - la figure 1 illustre, de façon schématique le brûleur de l'invention dans son application à un brûleur pilote d'allumage, et
- - la figure 2 montre, à plus petite échelle, un schéma de montage du brûleur, également dans le cas où il est utilisé comme brûleur pilote pour l'allumage d'un brûleur immergeable de plus forte puissance.
- En se reportant tout d'abord à la figure 1, le brûleur de relativement faible puissance de l'invention, repéré dans son ensemble 1, comporte essentiellement une chambre 2 de prémélange alimentée en air et en gaz combustible par des arrivées séparées respectivement 3 et 4, débouchant avantageusement dans cette chambre 2 sensiblement radialement en 13 et 14. La chambre 2 qui a la forme générale d'un caisson cylindrique allongé à section sensiblement circulaire est obturée sur sa face avant par une grille 5 métallique de stabilisation et d'accrochage de flammes. Cette grille qui est donc relativement sensible aux contraintes thermiques (comparée aux plaquettes céramiques) peut, comme connu en soi, comporter des orifices de diamètre et de répartition convenables pour assurer un bon accrochage et une bonne stabilisation des flammes à l'entrée de la chambre de combustion 6 du brûleur.
- Les arrivés 3 et 4 d'air et de gaz combustible débouchent dans le chambre 2 vers l'extrémité opposée à la grille 5.
- Dans le cas illustré où le brûleur de l'invention est utilisé en tant que brûleur pilote d'allumage d'un brûleur immergeable dans le liquide à chauffer (repéré 7 avec un niveau 7') d'une installation de plus forte puissance, la chambre de combustion 6 constitue la chambre de combustion du brûleur principal, (repéré 10).
- Sur sa face arrière, la chambre de prémélange 2 est fermée par une paroi 8 sur laquelle est monté, de façon étanche, afin de résister à la pression interne de la chambre de prémélange, un moyen de contrôle visuel 9 de la flamme. Ce moyen de contôle peut consister en une plaque de verre.
- Sur la figure 1, on notera que l'on a repéré par les lettres AV et AR le côté respectivement "avant" et "arrière" du brûleur en faisant référence à la circulation de l'air et du gaz combustible, puis de mélange gazeux dans le brûleur, tel que schématisé par les flèches.
- Tel qu'illustré, l'allumage du brûleur est assuré par une électrode 11 alimentée sous haute tension convenable comme schématisé en 12 et convenablement isolée, l'allumage s'effectuant par éticelles ou arc électrique entre la pointe 13' de l'électrode d'allumage et la paroi voisine de la grille 5 convenablement mise à la masse du caisson formant la chambre de répartition 2.
- Le câble d'alimentation 9 en énergie électrique de l'électrode 11 traverse, de façon étanche à la pression de la chambre considérée, en 15, la paroi de cette chambre. L'étanchéité peut notamment être assurée au moyen d'un presse-étoupe.
- Pour assurer un réglage adapté et requis des débits d'air et de gaz combustible sur toute la gamme de pression d'alimentation, on prévoit sur l'arrivée 3 d'air un passage 16 de relativement faible section par rapport à celle du conduit 3, cet orifice étant ménagé dans une pièce 17 du type diaphragme, tandis que sur l'arrivée complémentaire 4 de gaz combustible, est prévu un organe 18 à orifice calibré 19, du type injecteur ou similaire.
- Tel qu'illustré, l'injecteur 18 est disposé au niveau de l'ouverture 14 de l'arrivée 4 débouchant dans la chambre de prémélange 2.
- De cette façon, on crée une légère surpression au niveau de la chambre 2 dans laquelle va s'écouler le mélange vers la chambre de combustion 6, où la pression est légèrement inférieure. On peur alors aisément adapter le débit d'air et de gaz combustible requis en relevant par des capteurs de pression 20, 21 les pressions statiques régnant repective- ment dans le conduit d'alimentation en air 3 et dans la chambre de prémélange.
- Le réglage du débit d'air permettant un dosage convenable du mélange air/gaz s'effectue, sur la base des informations fournies par les capteurs 20, 21, au moyen de la vanne 22, prévue sur la conduite d'arrivée 3 en amont du diaphragme 17 (figure 2).
- Le débit de gaz est automatiquement réglé à la valeur requise par l'injecteur calibré quelles que soient les variations de pression de l'alimentation en gaz (dans une plage courante).
- Tel qu'illustré sur cette figure 1, le brûleur pilote d'allumage 1 est relié au brûleur de plus forte puissance, repéré 10, par l'intermédiaire d'un tube 24 plongeant dans le bain 7 à chauffer et présentant un diamètre. légèrement plus important qui celui de la chambre 2. Ce tube 24 peut consister en un prolongement sensiblement vertical saillant de la paroi de la chambre de combustion 6. Un plan de joint ou d'appui 25 situé au dessus du niveau 7' du bain 7 permet de positionner correctement le brûleur pilote d'allumage par rapport au brûleur principal 6, de façon que le pilote débouche sensiblement perpendiculairement dans la chambre de combustion 6 du brûleur principal, en ne s'étendant que très légèrement dans celle-ci afin de ne pas perturber les conditions de fonctionnement dudit brûleur principal. Des joints 26 peuvent assurer l'étanchéité entre la base du tube 24 et la partie en regard de la chambre de prémélange du pilote.
- Comme on le comprend, avec une telle disposition et grâce à la surpression régnant dans la chambre de prémélange 2 du brûleur pilote, la profondeur d'immersion du brûleur principal 10 n'est, enprati- que, actuellement pas limitée.
- Généralement sur cette figure 1 on remarque également que l'on a représenté en trait pointillé une électrode d'ionisation 27 traversant la grille 5 de stabilisation de flammes, comme l'électrode d'allumage 11. à côte de laquelle elle est placée.
- Bien que non indispensable, une telle électrode d'ionisation 27 est, lorsqu'elle est prévue, avantageusement montée avec l'électrode d'allumage 11, vers la partie centrale de la grille 5 de stabilisation de flammes, sensiblement parallèlement à la direction d'écoulement du mélange combustible de la chambre de prémélange 2 vers la chambre de combustion 6.
- Egalement en trait pointillé, on a représenté en 28 le câble d'alimentation sous tension convenable de l'électrode 27 convenablement isolé, ce câble 28 s'étendant dans la chambre de prémélange 2 avant de traverser sa paroi de façon étanche à la pression considérée, en 29, la grille formant masse pour le fonctionnement de l'électrode d'ionisation.
- On notera que la prévision d'une telle électrode d'ionisation permet d'éviter la mise en place sur le brûleur principal immergé, d'une cellule de contrôle de la flamme du type sensible aux rayonnement ultraviolets.
- On va maintenant se référer à la figure 2 où est représenté, à plus petite échelle, un schéma complet de montage du brûleur à faible puissance de l'invention, dans le cas où il est utilisé en tant que brûleur pilote d'allumage d'un brûleur immergeable dans le liquide à chauffer d'une installation de plus forte puissance.
- Tel qu'illustré, le brûleur pilote 1 est alimenté en gaz combustible par une conduite 30 reliée au canal général de distribution 34, et en air par une conduite 31, les arrivées d'air et de gaz combustible 3 et 4 de la figure 1 constituant les extrémités débouchan- tes des conduites 30 et 31 au niveau de la chambre de prémélange du brûleur.
- Sur les conduites 30 et 31 on a représenté les vannes 23 et 22.
- La conduite 31 d'amenée d'air au pilote est en fait une conduite d'air issue de la conduite d'amenée d'air au brûleur principal.
- L'air "total" nécessaire pour assurer de bonnes conditions de fonctionnement au brûleur pilote 1 et au brûleur principal 10 immergé dans le bain à chauffer 7, est délivré par un ventilateur ou compresseur 32 qui alimente, non seulement la conduite 31, mais également la conduite 33.
- Le brûleur principal 10 est alimenté en air par cette conduite 33 et en gaz combustible par une conduite 35 également reliée au canal de distribution général 34, le prémélange étant alors délivré au conduit 36 d'alimentation du brûleur 10.
- L'allumage du brûleur principal 10 est, comme connu en soi, réalisé au moyen du brûleur pilote 1.
- Toutefois, selon l'invention, lors de cet allumage, on alimente le brûleur pilote 1 avec un rapport air/gaz combustible inférieur au dasage stoechiométrique. Par contre, on alimente le brûleur principal 10 en prémélange avec un léger excès d'air. Ainsi, on parfait le dosage air/gaz combustible du brûleur pilote par une alimentation complémentaire en air au niveau de la surface de la grille schématisée en 5 débouchant dans la chambre de combustion 6, réalisant ainsi le dosage stoechiométrique du mélange combustible du brûleur pilote 1.
- L'excès d'air présent dans le prémélange d'alimentation du brûleur principal 10 et que est utilisé par le brûleur pilote 1 permet de retrouver des conditions sensiblement stoechiométriques au niveau du brûleur principal 10.
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