EP0660039A1 - Tête de combustion perfectionnée pour brûleur à gaz, brûleur équipé d'une telle tête et procédé de combustion - Google Patents

Tête de combustion perfectionnée pour brûleur à gaz, brûleur équipé d'une telle tête et procédé de combustion Download PDF

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EP0660039A1
EP0660039A1 EP94402988A EP94402988A EP0660039A1 EP 0660039 A1 EP0660039 A1 EP 0660039A1 EP 94402988 A EP94402988 A EP 94402988A EP 94402988 A EP94402988 A EP 94402988A EP 0660039 A1 EP0660039 A1 EP 0660039A1
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EP
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fluids
deflector
combustion head
head according
combustion
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EP94402988A
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Christian Lequertier
Bernard Verbeke
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Engie SA
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Gaz de France SA
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • 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 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
    • 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 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/20—Burner staging
    • 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 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/40—Inducing local whirls around flame

Definitions

  • the present invention relates in particular to a combustion head making it possible to improve the overall conditions for combustion of oxidizing and combustible fluids and in particular to reduce the production of nitrogen oxides.
  • Combustion heads often pose gas pollution problems.
  • the method which has been mainly used until now consists in staging the combustion, that is to say instead of putting in a single zone the fuel and the oxidant as a whole, to proceed by stages, by multiplying the areas of fuel injection or oxidizer in the direction of flame development.
  • the object of the invention is to propose in particular an improved combustion head, guiding and channeling the fluids even beyond the head, thus limiting the production of polluting gases.
  • the aforementioned part for guiding these fluids may be a truncated cone whose small base, closest to the deflector, will have a radial section smaller than that of this deflector which may be a disc full.
  • the deflector or the solid base of the cone will constitute a barrier for the flammable mixture which will have to circulate around it, thus preventing direct communication between said cone and the outlet end of the fuel supply duct.
  • the combustion head detailed above has the advantage of being able to be used on known existing burners.
  • the invention therefore quite naturally also relates to a gas burner equipped with such a head, such as for example a burner known as a "head mixture" and with blown air, for for example domestic uses (heating of communities).
  • the head 1 comprises an end piece 2 containing fluid supplies 18, 26, a deflector 36 and a support 28 for distributing the fuel.
  • the tubular end piece 2 extends along an axis 4 and has a first upstream end 6, conventionally connected (screw 8) to a fixing head 10, and an opposite downstream or free end 12.
  • This hollow endpiece has a generally cylindrical shape with, advantageously, towards its end 12, a substantially frustoconical end portion 14 converging in the general direction of flow referenced at 20.
  • the end piece 2 here has towards its end 12, longitudinal internal fins 16, substantially regularly distributed over its entire periphery, and parallel to axis 4.
  • the fuel supply here comprises a conduit 18, substantially coaxial with the nozzle 4, and the outlet end 24 of which is located upstream from the end 12 of the nozzle.
  • This conduit brings along 22 the fuel, such as natural gas, to the deflector.
  • the oxidant supply means such as air identified at 23, are constituted in this case by the internal passage 26 of the nozzle.
  • a distribution support 28 for the fuel coaxial with the nozzle 4 is mounted on the end 24 of the conduit 18 while being able to slide therein thanks to a control rod 30.
  • This axially hollow support is here adapted to reserve between it and the end piece a peripheral channel 34 for circulation of fluids.
  • it is a star support 28 with radial branches 32, each substantially provided with a distribution channel (arrows 22 '), the oxidant circulating axially between these branches.
  • the deflector 36 is mounted in the endpiece, transversely and preferably perpendicular to the axis 4.
  • it is in the form of an essentially solid disc (in particular without radial fins) and substantially planar, this particular shape further favoring reduction of nitrogen oxides. It has a section such that a peripheral annular space 38 is reserved between it and the nozzle for the circulation of fluids.
  • This flame catching disc (s) 36 is located downstream from the end 24 of the duct, preferably towards the end 12 of the end piece (in its frustoconical part), its diameter here being adapted so that it is guided axially by the fins 16. As illustrated, the deflector 36 is mounted on the downstream face of the support 28, its axial position being adjustable with that of the support.
  • the head 1 also includes means for igniting the mixture, which takes place beyond the downstream end of the conduit 18.
  • means for igniting the mixture comprise an ignition electrode 40 disposed in the nozzle, and the downstream end of which 40a passes through an orifice 41 of the deflector.
  • the flame is detected by a UV cell (ultraviolet) not shown.
  • the head 1 also comprises a part 42 making it possible to channel the flow of fluids beyond the deflector to which this part can be directly fixed by any known fixing means, such as screws 44.
  • the solid deflector 36 is disposed between the end of the conduit 18 and the part 42. A priori, any direct, substantially axial communication, between this end 24 and the part 42 is prohibited.
  • This part 42 located downstream of the deflector, extends along the axis 4 or essentially in its vicinity, being preferably arranged for the most part outside the end piece. It has a general external shape which widens in direction 20, so as to present, at least over part of its length, first a first portion or zone 48, upstream, of reduced cross section, then a second portion, or zone 52 downstream, of section greater than that of the first.
  • FIGS. 2 to 4 several variants of the part 42 are shown, such as a truncated cone extending longitudinally along the axis 4 and of straight generator (at 56, FIGS. 2 and 3), or at least in curved part with a concavity facing outwards (at 57, figure 4).
  • the cone 42 preferably of circular section, here has a small base 48 of diameter D1 less than that of the deflector against which it is fixed. Its large base 52 is further extended by a terminal portion 54, of diameter D de, less than or equal to that D2 of the large base (and in this case close to that of the deflector).
  • the connection between the downstream base 52 and the end portion 54 is made by a shoulder 60 advantageously substantially normal to the axis 62.
  • the cone 42 may also include at its large base a chamfer 61.
  • the part 42 can be solid or hollow, with its opposite ends 46, 58 for example open ( Figures 3 and 4). If the part 42 is hollow, it may include orifices 64 for the passage through it of fluids, these transverse orifices being preferably situated towards its downstream end 58.
  • the part 42 can be made of any material resistant to high combustion temperatures, such as for example stainless steel or ceramic.
  • a part 42 of axial length L between 80 mm and Approximately 100 mm with a terminal portion 54 of length from approximately 4 mm to 20 mm and of diameter from approximately 70 mm to 80 mm, the small and large bases having a diameter of approximately 25 mm and approximately 80 respectively mm to 90 mm.
  • its wall thickness may be approximately 5 mm.
  • the first operation consists in supplying the head with oxidant and fuel until they are brought into contact and mix in an internal zone of the nozzle situated essentially at the level of the deflector, in the annular space 38. We ignite then mixing by the electrode 40, the flame created being stabilized by the deflector 36 on which it is hooked. We then orient beyond the deflector the flow of fluids so as to optimize their complete combustion thanks to part 42.
  • the flow had a central part 66 (FIG. 5), ignited at the location of a first combustion zone 67 and surrounded by a peripheral layer of non-ignited mixture, such as shown by the arrows 72.
  • the part 42 forming an obstacle inside the flow creates, in a way, several "combustion zones" stepped in the non-ignited mixture, referenced 76 and 80.
  • the part 42 by its shape general, orients the flame which envelops it so that the latter forms several stepped constrictions or throttles 70, 78, the first necking 70 being located at the level of said piece (advantageously in its middle part) while the following necking 78 is located at beyond the downstream end 58, after which the flows diverge.
  • This part 42 also guides the peripheral layer 72 in substantially the same way, making it generally diverge. It also creates two stepped zones 74, 79 for recycling burnt fluids, the first 74 around the cone and the second 79, beyond its downstream end, these zones being both located substantially at the level of each constriction 70, 78, and upstream of combustion zones 76 and 80 respectively.
  • the presence of the part 42 within the fluids must allow the unburned mixture at 67 to be ignited successively at the combustion zones 76 and 80 located respectively at the end of the end 58 and beyond the necking 78 and recycling 79 zones.
  • the shoulder 60 must favor the attachment of the flame all around the downstream end of the cone. This stabilization can be further promoted by bringing the terminal portion 54 of the cone to red. In practice, in the case of a gas burner with two operating powers, this is obtained by lengthening the combustion phase by a few minutes at the lowest power compared to the time recommended in normal use.

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Abstract

L'invention concerne en particulier une tête de combustion (1) comprenant un embout tubulaire (2), présentant un axe (4) qui renferme intérieurement des moyens d'alimentation (18, 26) en fluides comburant (23) et combustible (22, 22') et un déflecteur (36), les fluides s'écoulant dans l'embout et au-delà suivant une direction générale d'écoulement (20). La tête est caractérisée en ce qu'elle comporte en outre au moins une pièce (42) pour canaliser le flux des fluides au-delà du déflecteur qui présente, suivant la direction d'écoulement, une première portion amont de section radiale réduite orientée vers le déflecteur, puis une seconde portion aval, de section plus importante. L'invention s'applique notamment à des brûleurs à gaz, par exemple à air soufflé. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne notamment une tête de combustion permettant d'améliorer les conditions globales de combustion de fluides comburant et combustible et en particulier de réduire la production d'oxydes d'azote.
  • Les têtes de combustion posent souvent des problèmes de pollution gazeuse. Pour lutter contre, la méthode qui a surtout été employée jusqu'à présent consiste à étager la combustion, c'est-à-dire au lieu de mettre en présence dans une seule zone le combustible et le comburant dans leur ensemble, de procéder par étapes, en multipliant les zones d'injection de combustible ou de comburant dans la direction de développement des flammes.
  • Une autre voie consiste à jouer sur le guidage des fluides. Ainsi, dans EP-A-0564313, on guide les fluides au niveau de la zone unique de leur mise en présence et d'inflammation, c'est-à-dire sensiblement au niveau du déflecteur "accroche-flammes" qui est disposé dans un embout, vers son extrémité de sortie. En effet, dans cette demande, il a été constaté expérimentalement que le taux d'oxydes d'azote était au plus bas lorsque le déflecteur présentait une position angulaire déterminée par rapport à des ailettes longitudinales intérieures, disposées vers l'extrémité de sortie de l'embout.
  • Sans recourir à cette solution, l'invention a pour objet de proposer en particulier une tête de combustion perfectionnée, assurant le guidage et la canalisation des fluides même au-delà de la tête, limitant ainsi la production des gaz polluants.
  • A cet effet, la tête de combustion conforme à l'invention comprend :
    • un embout tubulaire présentant un axe,
    • au moins un conduit d'alimentation en fluide combustible présentant une extrémité de sortie de ce fluide et disposé à l'intérieur de l'embout,
    • des moyens d'alimentation de l'embout en fluide comburant, lesdits fluides combustible et comburant s'écoulant dans l'embout jusqu'à une extrémité axiale libre de celui-ci et, au-delà, suivant une direction générale d'écoulement,
    • un déflecteur d'accrochage de flammes disposé à l'intérieur de l'embout, transversalement à son axe et en aval de l'extrémité de sortie du conduit d'alimentation en combustible suivant la direction d'écoulement, ce déflecteur réservant entre lui et l'embout un espace annulaire périphérique de circulation et de mélange des fluides,
    • des moyens d'inflammation des fluides en mélange ;

    cette tête se caractérisant en ce qu'elle comporte en outre au moins une pièce pour canaliser les fluides au-delà du déflecteur, lequel est interposé entre ladite pièce et l'extrémité libre du conduit d'alimentation en combustible, la pièce pour canaliser les fluides s'étendant longitudinalement suivant l'axe de l'embout, essentiellement au voisinage de cet axe, dans le flux des fluides qui circulent autour d'elle, sur une partie au moins de sa longueur, cette pièce présentant suivant la direction d'écoulement des fluides une première portion amont de section radiale réduite, faisant face audit déflecteur, puis une seconde portion aval de section radiale supérieure.
  • De cette façon, tous les fluides n'étant pas brûlés juste en sortie de l'embout, on favorise en aval la création de zones étagées de combustion ainsi que de zones de recyclage des fluides, intercalées entre les zones de combustion.
  • Dans la suite de la description, les qualificatifs "amont" et "aval" sont à considérer relativement au sens d'écoulement des fluides.
  • Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la pièce précitée de guidage de ces fluides pourra être un cône tronqué dont la petite base, la plus proche du déflecteur, aura une section radiale inférieure à celle de ce déflecteur qui pourra être un disque plein. Ainsi, avantageusement, le déflecteur ou la base pleine du cône constituera une barrière pour le mélange inflammable qui devra circuler autour, empêchant ainsi la communication directe entre ledit cône et l'extrémité de sortie du conduit d'alimentation en combustible.
  • La tête de combustion détaillée ci-dessus présente l'avantage de pouvoir être utilisée sur des brûleurs existants connus. L'invention se rapporte donc tout naturellement également à un brûleur à gaz équipé d'une telle tête, tel par exemple qu'un brûleur dit à "mélange à la tête" et à air soufflé, pour des usages par exemple domestiques (chauffage de collectivités).
  • L'invention a également pour objet un procédé de combustion, selon lequel, au-delà de l'embout :
    • on crée au moins deux zones axialement étagées de combustion des fluides mélangés mais non enflammés en sortie de l'embout, en faisant circuler ces fluides non enflammés suivant une couche périphérique entourant les fluides enflammés et allant sensiblement en divergeant suivant la direction générale d'écoulement, les fluides enflammés formant au moins une zone de striction ; et
    • on crée également au moins deux zones étagées de recyclage des fluides, situées axialement en amont des zones de combustion suivant ladite direction générale d'écoulement.
  • L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement de la description qui va suivre faite en référence aux dessins donnés uniquement à titre d'illustration. Dans ces dessins :
    • la figure 1 montre essentiellement une vue en coupe longitudinale, avec arrachement, de la tête de combustion conforme à l'invention,
    • la figure 2 montre en perspective et avec arrachements, la tête de combustion de la figure 1,
    • la figure 3 est une vue, à plus petite échelle, d'une première variante possible de la pièce pour orienter le flux des fluides que comporte la tête de combustion de la figure 1,
    • la figure 4 illustre une seconde variante possible de réalisation de cette pièce,
    • la figure 5 représente schématiquement le flux des fluides au sortir de la tête de combustion de la figure 1.
  • En se reportant aux figures 1 et 2, on voit représentée la partie essentielle formant tête de combustion d'un brûleur à gaz conforme à l'invention et référencée en 1.
  • Tel que par exemple décrit dans EP-A-0564313, la tête 1 comprend un embout 2 renfermant des alimentations en fluides 18, 26, un déflecteur 36 et un support 28 de répartition du combustible.
  • L'embout tubulaire 2 s'étend suivant un axe 4 et présente une première extrémité amont 6, raccordée de manière classique (vis 8) à une tête de fixation 10, et une extrémité aval ou libre opposée 12.
  • Cet embout creux présente une forme générale cylindrique avec avantageusement, vers son extrémité 12, une partie terminale 14 sensiblement tronconique allant en convergeant suivant le sens général d'écoulement référencé en 20.
  • L'embout 2 comporte ici vers son extrémité 12, des ailettes intérieures longitudinales 16, sensiblement régulièrement réparties sur toute sa périphérie, et parallèles à l'axe 4.
  • L'alimentation en combustible, comprend ici un conduit 18, sensiblement coaxial à l'embout 4, et dont l'extrémité 24 de sortie est située en amont de l'extrémité 12 de l'embout. Ce conduit amène suivant 22 le combustible, tel du gaz naturel, jusqu'au déflecteur.
  • Les moyens d'alimentation en comburant, tel que de l'air repéré en 23, sont constitués en l'espèce par le passage intérieur 26 de l'embout.
  • Un support de répartition 28 du combustible coaxial à l'embout 4 est monté sur l'extrémité 24 du conduit 18 tout en pouvant y coulisser grâce à une tige de commande 30. Ce support axialement creux est ici adapté pour réserver entre lui et l'embout un canal périphérique 34 de circulation des fluides. Avantageusement, il s'agit d'un support étoilé 28 à branches 32 radiales, sensiblement pourvues chacune d'un canal de répartion (flèches 22'), le comburant circulant axialement entre ces branches.
  • Le déflecteur 36 est monté dans l'embout, transversalement et de préférence perpendiculairement à l'axe 4. Avantageusement, il se présente sous la forme d'un disque essentiellement plein (notamment sans ailettes radiales) et sensiblement plan, cette forme particulière favorisant encore la réduction des oxydes d'azote. Il présente une section telle qu'un espace annulaire périphérique 38 est réservé entre lui et l'embout pour la circulation des fluides.
  • Ce disque accroche-flamme(s) 36 est situé en aval de l'extrémité 24 du conduit, de préférence vers l'extrémité 12 de l'embout (dans sa partie tronconique), son diamètre étant ici adapté pour qu'il soit guidé axialement par les ailettes 16. Tel qu'illustré, le déflecteur 36 est monté sur la face aval du support 28, sa position axiale étant ajustable avec celle du support.
  • La tête 1 comprend également des moyens d'inflammation du mélange qui s'effectue au-delà de l'extrémité aval du conduit 18. Ces moyens comprennent ici une électrode d'allumage 40 disposée dans l'embout, et dont l'extrémité aval 40a passe à travers un orifice 41 du déflecteur. La détection de la flamme se fait grâce à une cellule UV (ultra-violet) non représentée.
  • Conformément à l'invention, la tête 1 comporte en outre une pièce 42 permettant de canaliser le flux des fluides au-delà du déflecteur auquel cette pièce peut être directement fixée par tous moyens de fixation connus, tels que des vis 44. Le déflecteur plein 36 est disposé entre l'extrémité du conduit 18 et la pièce 42. A priori, toute communication directe, sensiblement axiale, entre cette extrémité 24 et la pièce 42 est prohibée.
  • Cette pièce 42, située en aval du déflecteur, s'étend suivant l'axe 4 ou essentiellement à son voisinage, en étant disposée de préférence en majeure partie à l'extérieur de l'embout. Elle présente une forme générale extérieure allant en s'élargissant suivant la direction 20, de sorte à présenter, au moins sur une partie de sa longueur, d'abord une première portion ou zone 48, amont, de section transversale réduite, puis une seconde portion, ou zone 52 aval, de section supérieure à celle de la première.
  • Aux figures 2 à 4, on voit réprésentées plusieurs variantes de la pièce 42, telles qu'un cône tronqué s'étendant longitudinalement suivant l'axe 4 et de génératrice rectiligne (en 56, figures 2 et 3), ou bien au moins en partie courbe avec une concavité tournée vers l'extérieur (en 57, figure 4). Le cône 42, de préférence de section circulaire, présente ici une petite base 48 de diamètre D₁ inférieur à celui du déflecteur contre lequel elle est fixée. Sa grande base 52 est, en outre, prolongée par une portion terminale 54, de diamètre D₃, inférieur ou égal à celui D₂ de la grande base (et en l'espèce proche de celui du déflecteur). Le raccordement entre la base aval 52 et la portion terminale 54 se fait par un épaulement 60 avantageusement sensiblement normal à l'axe 62. Le cône 42 pourra également comporter au niveau de sa grande base un chanfrein 61.
  • La pièce 42 peut être pleine ou creuse, avec ses extrémités opposées 46, 58 par exemple ouvertes (figures 3 et 4). Si la pièce 42 est creuse, elle peut comporter des orifices 64 pour le passage à travers elle des fluides, ces orifices transversants étant situés de préférence vers son extrémité aval 58.
  • La pièce 42 pourra être réalisée en tout matériau résistant aux températures élévées de combustion, tels que par exemple en acier inoxydable ou en céramique.
  • A titre d'exemple, pour une tête 1 dont l'embout dans sa partie cylindrique et le déflecteur ont des diamètres d'environ 100 à 120 mm et 88 mm, on pourra prévoir une pièce 42 de longueur axiale L comprise entre 80 mm et 100 mm environ, avec une portion terminale 54 de longueur d'environ 4 mm à 20 mm et de diamètre d'environ 70 mm à 80 mm, les petite et grande bases ayant respectivement un diamètre d'environ 25 mm et d'environ 80 mm à 90 mm. Dans le cas d'une pièce creuse, son épaisseur de paroi pourra être d'environ 5 mm.
  • Nous allons à présent décrire le fonctionnement d'un tel dispositif.
  • La première opération consiste à alimenter la tête en comburant et combustible jusqu'à ce qu'il soient mis en contact et se mélangent dans une zone interne de l'embout située essentiellement au niveau du déflecteur, dans l'espace annulaire 38. On enflamme ensuite le mélange par l'électrode 40, la flamme créée étant stabilisée grâce au déflecteur 36 sur lequel elle s'accroche. On oriente alors au-delà du déflecteur le flux des fluides de manière à optimiser leur combustion complète grâce à la pièce 42.
  • La demanderesse a constaté qu'en sortie de la tête, le flux comportait une partie centrale 66 (figure 5), enflammée à l'endroit d'une première zone de combustion 67 et entourée d'une couche périphérique de mélange non enflammé, tel que représenté par les flèches 72. La pièce 42 formant obstacle à l'intérieur du flux crée en quelque sorte plusieurs "zones de combustion" étagées du mélange non enflammé, référencées 76 et 80. En effet, la pièce 42, de par sa forme générale, oriente la flamme qui l'enveloppe pour que cette dernière forme plusieurs resserrements ou étranglements étagés 70, 78, la première striction 70 étant située au niveau de ladite pièce (avantageusement en sa partie médiane) tandis que la striction 78 suivante se situe au-delà de l'extrémité aval 58, après quoi les flux divergent. Cette pièce 42 guide aussi sensiblement de la même manière la couche périphérique 72, en la faisant globalement diverger. Elle crée également deux zones étagées 74, 79 de recyclage des fluides brûlés, la première 74 autour du cône et la seconde 79, au-delà de son extrémité aval, ces zones étant toutes deux situées sensiblement au niveau de chaque étranglement 70, 78, et en amont respectivement des zones de combustion 76 et 80.
  • Ainsi, la présence de la pièce 42 au sein des fluides doit permettre au mélange non brûlé en 67 d'être enflammé successivement au niveau des zones de combustion 76 et 80 situées respectivement à l'endroit de l'extrémité 58 et au-delà des zones de striction 78 et de recyclage 79. On notera que l'épaulement 60 doit favoriser l'accrochage de la flamme tout autour de l'extrémité aval du cône. On peut encore favoriser cette stabilisation en portant au rouge la partie terminale 54 du cône. En pratique, dans le cas d'un brûleur à gaz à deux puissances de fonctionnement, cela est obtenu en allongeant de quelques minutes la phase de combustion à la plus faible puissance par rapport au temps conseillé en utilisation normale.
  • En se reportant maintenant au tableau ci-dessous, on voit indiquées les quantités d'oxydes d'azote (NOx) et d'oxydes de carbone (CO₂, CO) produites avec un excès d'air au brûleur d'environ 16 %, et ce avec un brûleur à gaz commercialisé par la société CUENOD, sous le nom commercial CUENODTHERM C à deux puissances de fonctionnement d'environ 50 kW et 100 kW. Toutes les conditions d'expérience étant égales par ailleurs, le brûleur est équipé pour les essais soit d'une tête de combustion classique, soit de la tête de combustion de l'invention représentée à la figure 1. On remarque qu'avec la tête selon l'invention, les quantités d'oxydes d'azote produites sont très faibles, inférieures de plus de 50 % à celles obtenues avec la tête classique.
    PUISSANCE (kW) CO₂ (%) CO (ppm) NOx (mg/kWh PCI)
    Tête de combustion classique 54 10 0 122
    Tête de combustion selon l'invention 50 10 0 50
    PUISSANCE (kW) CO₂ (%) CO (ppm) NOx (mg/kWh PCI)
    Tête de combustion classique 104 10 0 115
    Tête de combustion selon l'invention 104 10 0 37
  • Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Ainsi suivant une variante de réalisation, on pourrait empiler axialement plusieurs pièces 42 identiquement orientées, les unes à la suite des autres (figure 2) (portion amont dirigée vers le déflecteur), pour permettre de multiplier encore les zones de recyclage des fluides et de combustion.

Claims (15)

  1. Tête de combustion (1) pour brûleur comprenant :
    - un embout tubulaire (2) présentant un axe (4),
    - au moins un conduit (18) d'alimentation en fluide combustible (22), présentant une extrémité (24) de sortie du fluide et s'étendant à l'intérieur de l'embout,
    - des moyens (26) d'alimentation de l'embout en fluide comburant, lesdits fluides combustible et comburant s'écoulant dans l'embout jusqu'à une extrémité axiale libre (12) de celui-ci et, au-delà, suivant une direction générale d'écoulement (20),
    - un déflecteur (36) d'accrochage de flammes disposé à l'intérieur de l'embout, tranversalement à son axe et en aval de l'extrémité (24) de sortie du conduit d'alimentation en combustible, ce déflecteur réservant entre lui et l'embout un espace annulaire (38) de circulation et de mélange des fluides,
    - des moyens (40) d'inflammation des fluides en mélange, et
    - au moins une pièce (42) pour canaliser les fluides au-delà du déflecteur, lequel est interposé entre ladite pièce et l'extrémité libre (24) du conduit d'alimentation en combustible, la pièce pour canaliser les fluides s'étendant longitudinalement essentiellement le long de l'axe de l'embout, dans le flux des fluides qui circulent autour d'elle sur une partie au moins de sa longueur, cette pièce présentant suivant la direction générale d'écoulement desdits fluides, une première portion amont (46, 48) de section radiale réduite, puis une seconde portion aval (52) de section radiale supérieure.
  2. Tête de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit déflecteur (36), ou ladite première portion amont (46, 48) de la pièce de canalisation des fluides, forme barrière à une communication directe entre ladite pièce et l'extrémité de sortie (24) du conduit d'alimentation en combustible.
  3. Tête de combustion selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que ladite pièce pour canaliser les fluides est fixée par sa première portion amont contre le déflecteur.
  4. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce pour canaliser les fluides (42) présente une forme générale allant en divergeant suivant la direction d'écoulement des fluides (20).
  5. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la pièce (42) pour canaliser les fluides se présente sous la forme générale d'un cône tronqué présentant une petite base (48) de section inférieure à celle du déflecteur et une grande base (52) , ledit cône faisant face au déflecteur du côté de sa petite base.
  6. Tête de combustion selon la revendication 5, caractérisée en ce que la grande base (52) du cône, qui est sensiblement circulaire, est prolongée par une portion terminale (54) sensiblement cylindrique présentant un diamètre inférieur ou égal à celui de la grande base.
  7. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite seconde portion aval (52) de la pièce (42) de canalisation des fluides est prolongée, suivant la direction générale d'écoulement desdits fluides, par une portion terminale (54) de section radiale réduite par rapport à celle de la seconde portion aval (52), cette dernière et la portion terminale étant raccordées entre elles par un épaulement (60) favorable à un accrochage de flammes.
  8. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite pièce pour canaliser les fluides est essentiellement pleine.
  9. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le déflecteur (36) se présente sous la forme générale d'un disque essentiellement plein et sensiblement plan, sensiblement à l'endroit duquel est disposée une électrode d'allumage du mélange.
  10. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisée en ce que la ligne génératrice (57) du cône est au moins en partie courbe.
  11. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'embout tubulaire (2) présente vers son extrémité libre (12) une partie terminale (14) sensiblement tronconique allant en convergeant suivant la direction générale d'écoulement des fluides, ledit déflecteur (36) étant situé à l'endroit de cette partie terminale et ladite pièce (42) pour canaliser les fluides s'étendant depuis l'intérieur de cette partie terminale jusqu'à l'extérieur de l'embout.
  12. Tête de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite pièce (42) pour canaliser les fluides est située en majeure partie à l'extérieur de l'embout.
  13. Brûleur, caractérisé en ce qu'il comporte une tête de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
  14. Procédé de combustion de fluides combustible et comburant dans la tête de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel :
    - on fait circuler essentiellement axialement des fluides comburant (23) et combustible (22) jusqu'au-delà de l'extrémité libre de l'embout tubulaire (12) de la tête de combustion (1),
    - on met en contact lesdits fluides et on les enflamme, au moins en partie, sensiblement à partir du déflecteur,
    ce procédé se caractérisant en ce qu'au-delà de l'embout :
    - on crée au moins deux zones axialement étagées (76, 80) de combustion des fluides mélangés mais non enflammés en sortie de cet embout en faisant circuler ces fluides non enflammés suivant une couche périphérique entourant des fluides enflammés et allant sensiblement en divergeant suivant la direction d'écoulement des fluides (20), les fluides enflammés passant par au moins une zone axiale de striction (70, 78) et,
    - on crée également au moins deux zones de recyclage (74, 79) étagées et situées axialement en amont des zones de combustion.
  15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'on porte au rouge la portion terminale de la pièce (42) de canalisation de fluides pour y favoriser l'accrochage de la flamme d'une des deux zones (76) de combustion laquelle se situe sensiblement au niveau de l'extrémité aval (58) de ladite pièce.
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