EP0967434B1 - Brûleur à conduits concentriques d'alimentation en air et à stabilisateur central - Google Patents

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EP0967434B1
EP0967434B1 EP99430010A EP99430010A EP0967434B1 EP 0967434 B1 EP0967434 B1 EP 0967434B1 EP 99430010 A EP99430010 A EP 99430010A EP 99430010 A EP99430010 A EP 99430010A EP 0967434 B1 EP0967434 B1 EP 0967434B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
central
additional gas
supply duct
gas supply
tube
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99430010A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0967434A1 (fr
Inventor
Patrick Salzsieder
Gerhard Endres
Roland Guiot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Original Assignee
Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • 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 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • 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

Definitions

  • the present invention is an improvement to burners comprising at least three air supply ducts, two of which axial and rotating, concentric with at least one supply of fuel, and a central stabilizer.
  • the technical sector of the invention is the production of burners can use one or more fuels, simultaneously or not, with special arrangements for supply conduits gas, said gas possibly being air or a combustible gas.
  • the main application of the invention is its use in burners for rotary tube furnaces in which air from primary combustion is brought to more than 80% by at least two concentric conduits arranged around any supply conduit fuel and through a third central supply duct in which is injected with at most 20% of primary air remaining.
  • the present invention can be considered as a improvement made to such burners and more generally any burner that can be described as modern, including fuel and air supply lines primary combustion according to the main application defined above, which conduits together form a nozzle intended for be mounted on an orifice provided for this in the wall of the enclosure forming the hearth of the oven or combustion chamber, and around which the secondary air is brought.
  • fuel and air supply lines primary combustion according to the main application defined above, which conduits together form a nozzle intended for be mounted on an orifice provided for this in the wall of the enclosure forming the hearth of the oven or combustion chamber, and around which the secondary air is brought.
  • These burners differentiate from older burners to which relates to that disclosed in US Patent 4,208,180 in which a fuel supply line is interposed between the annular primary air circulation duct swirling and the annular primary air duct to axial circulation.
  • the present invention therefore relates to a burner of the type comprising at least four substantially concentric conduits, these four conduits comprising a central supply conduit in primary air in which is placed at least one tube forming a central fuel supply duct, a duct fuel supply device which is located at the outside of the central primary air supply duct, a primary air supply duct for circulation substantially axial which is located outside of all fuel supply lines, and a conduit primary air supply which has partitions of orientation to create a swirling effect in the air, and which is located outside of all supply lines fuel, the burner comprising a central stabilizer placed at the outlet of the central air supply duct primary, surrounded by a tube, having openings in the through which the primary air from the duct opens central primary air supply, and overflowing radial direction relative to any central opening central supply duct fuel supply in fuel.
  • the objective of the present invention is not to have a central zone at the outlet of said central supply duct in primary air which is too reducing for the fuel of the makes only 20% maximum or even 10% of primary air injected into this area; this small proportion of air which is adjustable allowing indeed, as described in the patent previous recalled above to have a larger range of adjustment of the burner operating stage by moving the start of combustion and the flame to a greater distance in front of the center of the burner nozzle from processes and burners known prior to the EP patent 421,903.
  • the above objective is achieved by enriching the air and fuel mixture in the area central unit of such burners, comprising at least four ducts substantially concentric fuel supply and primary combustion air while respecting the proportion of less than 20% or even 10% of primary air injected into this central area; the others at least 80% of primary air is injected in axial air and in air rotated, by duct openings disposed outside any opening fuel outlet and said burner includes a central stabilizer placed at the outlet of a supply duct central primary air, which air flows through openings of said stabilizer; said stabilizer overflows in radial direction relative to any opening of a placed tube in said central primary air duct and inside from which a fuel can be injected, said central zone being the area in front of said central stabilizer by report to the burner nozzle; according to the invention this one has at least one additional gas supply opening into said stabilizer, around said opening at any diameter between any tube inside which can be injected with fuel through the stabilizer and the outer tube delimiting the central air intake duct primary.
  • the burner of the aforementioned type has at least one additional supply opening in gas located outside any central supply duct in fuel and inside the tube surrounding the central stabilizer.
  • said supply additional gas is a fourth air supply primer to promote the mixing of air and fuel in said central area, the air mixture and fuel in this area being below the proportion stoichiometric.
  • said gas supply is an additional gas supply combustible, such as natural gas or low power gas heat.
  • said gas supply is a fourth primary air supply
  • this can be achieved by a opening arranged in said central stabilizer and supplied by the central primary air supply duct, without specific duct of actual food distinct from that of this central primary air.
  • this fourth primary air supply can be achieved through an opening peripheral disposed around the outer edge of said stabilizer, which opening can be either directly carried out in said central stabilizer without specific duct as shown previously and as shown in Figure 6 attached, or delimited by the outer tube surrounding said stabilizer and a tube concentric internal; these two said tubes then constituting a supply duct independent of other air supplies primary.
  • said additional gas supply is carried out, independently of any other gas supply, at through a concentric tube outside the one inside which can be injected any fuel in the central area: this is what embodiment which is shown by way of example in the most of the attached figures.
  • the present invention thus applies to any burner with at least four ducts 11 ', 15', 4 ', 5' substantially concentric fuel supply and primary combustion air, comprising axial air and the air set in rotation, and a central stabilizer 3 placed at the outlet of a central primary air supply duct 11 ' emerging through openings 13 passing through said stabilizer, these openings can be calibrated holes circular, or slits, or any other shape; which stabilizer overflows in a radial direction relative to any opening 14 of a 10 '' tube placed in said air duct 11 'central primary and inside which can be injected fuel such as a supply rod 10 for a liquid fuel or by pneumatic transport directly in said conduit 10 'for any pulverulent solid fuel such as pulverized combustible waste that we want incinerate; all of said conduits and stabilizer form a nozzle 1 of axis XX '.
  • Combustion 2 therefore takes place downstream from the outlet of this nozzle 1 around which the secondary air is supplied.
  • a general exterior representation of an example of a burner complete can be viewed according to Figure 1 of the European patent 421,903.
  • the nozzle 1 of axis XX 'as described in this patent constitutes a preferred embodiment of the following burner the invention: the peripheral outlet openings 4, 5 of the primary air supply ducts 4 ', 5' are arranged radially outside any duct opening 14, 15 10 ', 15' fuel, either directly through a conduit central 10 ', by a rod 10 located in this central duct 10' or by a 15 'peripheral conduit, into which is sent preferably pulverized coal or any fuel gaseous.
  • Said peripheral outlet openings 4, 5 supply the nozzle 1 with axial air and swirling air through at least two concentric 4 ', 5' conduits, and the conduit central 11 ', is partially closed by a stabilizer flame 3 in the form of a flange surrounding the opening 14 through which opens said rod 10.
  • Said flame stabilizer 3 can be a plate of circular outer shape matching the inner shape of the central primary air supply duct 11 ′: it comprises the orifices or openings 13 for the passage of part of this primary combustion air which with that possibly supplied by the opening, or additional openings, 6 according to the present invention, represents at most 20% of this air primary in such a way that in the central zone 2 located in downstream of said stabilizer 3, no combustion takes place significant fuel, qualifying said central zone 2 of dead.
  • the quantity of primary air which is never null, and sent to said central dead zone 2 is included between 0.1% and 20% of the total primary air and preferably less than 10%, and the proportion of air of primary combustion is between 2 and 10% of the total air combustion and preferably less than 6%.
  • the flame stabilizer 3 is preferably offset axially behind the set of openings concentric outlets of primary air and fuels solid or gaseous. This stabilizer 3 is arranged at the end before 10 "tubes inside which can be injected fuel, such as by supply rods 10 liquid fuel which are then slid into these 10 "tubes.
  • the axial air outlet opening 5 is that located as radially as possible on the outside of all ducts primary air supply and has an outer edge 8 which protrudes axially forward and constitutes the internal edge of the hub of nozzle 1, the external 5 "tube of this conduit 5 'is itself surrounded by concrete 7 for external protection.
  • the axial air outlet opening 5 is constituted by the ends of the walls of the 4 "and 5" tubes which may be, at least for that of the 4 "internal tube, conical in shape divergent and may include partitions of orientation and separation of this axial air into several outlet orifices.
  • the radial air outlet opening 4 consists of the ends of the walls of the 15 "and 4" tubes which can be also conical and divergent, has partitions of orientation to create the swirling ejection effect of this air;
  • opening 6 of the additional gas supply is performed independently of any other gas supply or in air, through a 6 "tube concentric outside that 10 "inside which all fuel can be injected and whose orifice constitutes said opening 14.
  • At least one of the 6 ", 10" tubes constituting said conduit 6 'of additional gas supply is movable relative to the other tube. If the inner 10 "tube is otherwise shrinkage from the 6 'tube, especially when injected direct pulverulent solid fuel into said 10 "tube, this fuel is enriched before it leaves through opening 14; this is represented in all of Figures 7 to 11. According to Figure 11 the opening 6 of the additional gas supply is completely free then that in FIGS. 7 to 10, this opening 6 includes devices 9, 16 for at least partial sealing of said opening :
  • the outer tube 6 " delimiting said additional supply duct 6 ' has an inner end flange 16, as the rest Figures 8; this flange allows by moving the inner tube 10 "maximum forward to fully seal this additional opening 6; further back from this flange 16 end allowing total closure, it can be arranged partitions 9 allowing by their inclination inject the additional gas in a guided manner following any desired direction, which then converges anyway towards the inside of the 10 'tube and can be further rotation.
  • end of additional supply line 6 ' may have behind partitions 9, a partition circular peripheral 19 surrounding the 10 "outer tube of the conduit 10 'and pierced with radial holes 18 allowing inject additional gas, drawing back the 10 "tube until discovering said orifices; more according to section VIII VIII ' as shown in Figure 8c, this partition peripheral 19 may include notches, plumb or downstream of said orifices 18, so that the gas penetrates preferably through the orifices 18 when they are discovered before the rest of this gas is directed through the partitions 9.
  • said inner end flange 16 may include orifices 17 inclined for injecting gas at angles which may be different, as shown particularly in FIGS. 10a to 10c : in particular the section X 1 X ' 1 corresponds to FIG. 10c with a large angle of inclination relative to the axis XX' of the burner, and the section X 2 X ' 2 corresponds to FIG. 10b with an angle d lower inclination.
  • FIGS. 3a and 3b in which is also the outer tube 10 "of the conduit 10 ' which is mobile, we have two orientation devices and shutter 9, 16 at least partially of opening 6 such that can be noted in front view according to section IV IV 'of the Figure 3b for the devices inside the duct 6 '; said shutter devices 9 also making it possible to ability to rotate feed stream in additional gas.
  • the end of the tube 10 has a flange 16 'located downstream of the outer tube 6 "and whose surface 16" constituting the inner wall of the end of the duct 6 'is shaped divergent conic, which allows on the one hand to orient, in spreading it, the gas flow and on the other hand by variation of the opening X between the respective end edges of the tubes 6 ', 10 "to vary the flow and / or speed of this injection of additional gas.
  • said opening 6 for additional gas supply may consist of at least one side by the end of a divergent wall of a tube 6 ", 10", 11 ", said end of said wall being in the form of a divergent truncated cone of angle ⁇ ; each of the walls in this case the 6 ", 10" tubes can form different angles, respectively ⁇ 2, ⁇ 1.
  • said opening 6 additional gas supply can be made at less than one side by the end of a converging wall of a tube 6 ", 10", 11 "said end of the wall being shaped truncated cone converging angle ⁇ ; the end of the two said walls can form different angles ⁇ 2, ⁇ 1.
  • the burner may include in its central part several fuel supply pipes passing through the central supply pipe 11 ′ in primary air and opening out through the stabilizer 3; it may be at least in part of a conduit 10 '1 is possible to drag a liquid fuel supply rod 10 one on the other at least a conduit 10' to 2 of directly injecting powdered solid fuel therein as indicated above, and finally a conduit 12 constituting in fact the igniter of the burner to start the combustion of the fuels in the other conduits.
  • said burner can then comprise as many openings 6 of additional gas supplies as it includes said fuel supply conduits 10 ′, 12; and each of the ends of said conduits can be equipped with one of the devices described in FIGS. 2 to 4 and 7 to 11 knowing that the igniter conduit 12 may not include such an opening 6 for additional gas supply.
  • the additional gas supply conduits 6 ′ these being able to contain acid condensable elements such as H 2 SO 4 or HCl, it is important to avoid the excessive cooling and the condensation of these components against the walls of said ducts as they would cause corrosion and their rapid destruction; to avoid this, said walls can be insulated to prevent them from being colder than the temperature of the fuel; for this, it is possible to isolate either the walls of the primary air guide tubes from the guide tubes of the solid or gaseous fuel circuits, or the walls of these latter conduits.
  • This thermal insulation can be carried out on the side not subject to abrasion of solid fuel or gas, and preferably consisting of a protective tube of small thickness, approximately 0.5 to 2 mm and either of felt paper or cardboard. insulation with very low thermal coefficient and a thickness of the order of 2 to 15 mm, or by spraying a deposit of special temperature-resistant paint having a thermal coefficient also very low.
  • All the devices according to the present invention can apply to any burner with known basic characteristics as described in the introduction and which may include other peripheral circuits (outside and around stabilizer 3) fuel supply in addition to that of pulverized coal 15 'which is the only one represented in the embodiment taken into account example attached.

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Description

La présente invention est un perfectionnement aux brûleurs comportant au moins trois conduits d'alimentation en air, dont deux axial et en rotation, concentriques avec au moins une alimentation en combustible, et un stabilisateur central.
Le secteur technique de l'invention est la réalisation de brûleur pouvant utiliser un ou plusieurs combustibles, simultanément ou non, avec des aménagements particuliers de conduits d'alimentation en gaz, ledit gaz pouvant être de l'air ou un gaz combustible.
L'application principale de l'invention est son utilisation dans des brûleurs pour four tubulaire rotatif dans lesquels l'air de combustion primaire est amené à plus de 80 % par au moins deux conduits concentriques disposés autour de tout conduit d'alimentation combustible et par un troisième conduit central d'alimentation dans lequel est injecté les au plus 20 % d'air primaire restant.
Dans un mode de réalisation préférentiel, les deux dits conduits annulaires concentriques alimentant à plus de 80 % en air primaire lesdits brûleurs, alimentent ceux ci l'un sous forme d'un courant d'air tourbillonnant comportant des composants d'écoulement périphériques, et l'autre sous forme de courant d'air axial comportant des composants d'écoulement sensiblement axial ; lesquels deux conduits de courant d'air primaire sont donc disposés radialement à l'extérieur de tout conduit de combustible, dont en particulier au moins un conduit annulaire d'alimentation en charbon pulvérisé ; le conduit central, à l'intérieur duquel est glissé au moins une canne d'alimentation de combustible au moins de démarrage, est partiellement obturé par un stabilisateur de flamme en forme de bride entourant l'ouverture centrale dans laquelle débouche ladite canne, et comporte des ouvertures pour le passage d'une partie de l'air de combustion primaire soit au plus lesdits 20% et même en fait 10% de cet air, de telle façon que, dans la zone centrale située en aval dudit stabilisateur, ne se produise aucune combustion notable du combustible, qualifiant ladite zone centrale de morte ; un tel brûleur est décrit et revendiqué dans le brevet européen 421 903 publié le 10 avril 1991 et déposé par le même déposant que pour la présente invention.
La présente invention peut être considérée comme un perfectionnement apporté à de tels brûleurs et plus généralement à tout brûleur que l'on peut qualifier de moderne, comportant des conduits d'alimentation en combustible et en air de combustion primaire suivant l'application principale définie ci-dessus, lesquels conduits formant ensemble une buse destinée à être montée sur un orifice prévu pour cela dans la paroi de l'enceinte formant le foyer du four ou chambre à combustion, et autour de laquelle est amené l'air secondaire. Ces brûleurs modernes sont à différencier des brûleurs plus anciens auxquels se rapporte celui divulgué dans le brevet US 4 208 180 dans lequel un conduit d'alimentation en combustible est intercalé entre le conduit annulaire d'air primaire à circulation tourbillonnante et le conduit annulaire d'air primaire à circulation axiale.
La présente invention concerne donc un brûleur du type comportant au moins quatre conduits sensiblement concentriques, ces quatre conduits comprenant un conduit central d'alimentation en air primaire dans lequel est placé au moins un tube formant un conduit central d'alimentation en combustible, un conduit périphérique d'alimentation en combustible qui est situé à l'extérieur du conduit central d'alimentation en air primaire, un conduit d'alimentation en air primaire à circulation sensiblement axiale qui est situé à l'extérieur de tous les conduits d'alimentation en combustible, et un conduit d'alimentation en air primaire qui comporte des cloisons d'orientation pour créer un effet tourbillonnant à l'air, et qui est situé à l'extérieur de tous les conduits d'alimentation en combustible, le brûleur comportant un stabilisateur central placé à la sortie du conduit central d'alimentation en air primaire, entouré par un tube, comportant des ouvertures au travers desquelles débouche l'air primaire provenant du conduit central d'alimentation en air primaire, et débordant en direction radiale par rapport à toute ouverture centrale d'alimentation en combustible de conduit central d'alimentation en combustible.
L'objectif de la présente invention est de ne pas avoir une zone centrale à la sortie dudit conduit central d'alimentation en air primaire qui soit trop réductrice pour le combustible du fait des seulement 20% maximum ou même 10% d'air primaire injecté dans cette zone ; cette faible proportion d'air qui est réglable permettant en effet, tel que décrit dans le brevet antérieur rappelé ci-dessus d'avoir une plus grande plage de réglage de l'allure de fonctionnement du brûleur en éloignant le début de la combustion et de la flamme à une plus grande distance en avant du centre de la buse du brûleur par rapport aux procédés et aux brûleurs connus antérieurement au brevet EP 421903.
Suivant l'invention, on atteint l'objectif ci-dessus en enrichissant le mélange d'air et de combustible dans la zone centrale de tels brûleurs, comportant au moins quatre conduits sensiblement concentriques d'alimentation en combustible et en air de combustion primaire tout en respectant la proportion de moins de 20% ou même de 10% d'air primaire injecté dans cette zone centrale ; les autres au moins 80% d'air primaire sont injectés en air axial et en air mis en rotation, par des ouvertures de conduits disposés à l'extérieur de toute ouverture de sortie de combustible et ledit brûleur comprend un stabilisateur central placé à la sortie d'un conduit d'amenée d'air primaire central, lequel air débouche à travers des ouvertures dudit stabilisateur ; ledit stabilisateur déborde en direction radiale par rapport à toute ouverture d'un tube placé dans ledit conduit d'air primaire central et à l'intérieur duquel peut être injecté un combustible, ladite zone centrale étant la zone située devant ledit stabilisateur central par rapport à la buse du brûleur ; selon l'invention celui-ci comporte au moins une alimentation additionnelle en gaz débouchant dans ledit stabilisateur, autour de ladite ouverture à tout diamètre compris entre tout tube à l'intérieur duquel peut être injecté du combustible à travers le stabilisateur et le tube extérieur délimitant le conduit central d'amenée d'air primaire.
Ainsi, suivant l'invention, le brûleur du type précité comporte au moins une ouverture d'alimentation additionnelle en gaz située à l'extérieur de tout conduit central d'alimentation en combustible et à l'intérieur du tube entourant le stabilisateur central.
Dans un mode de réalisation particulier ladite alimentation additionnelle en gaz est une quatrième alimentation en air primaire permettant de favoriser le mélange d'air et du combustible dans ladite zone centrale, le mélange d'air et combustible dans cette zone étant en dessous de la proportion stoechiométrique.
Dans un autre mode particulier de réalisation ladite alimentation en gaz est une alimentation additionnelle en gaz combustible, tel que du gaz naturel ou du gaz à faible pouvoir calorifique.
Quand ladite alimentation en gaz est une quatrième alimentation en air primaire, celle-ci peut-être réalisée par une ouverture disposée dans ledit stabilisateur central et alimentée par le conduit central d'amenée d'air primaire, sansconduit spécifique d'alimentation proprement dit distinct de celui de l'alimentation de cet air primaire central.
Dans un mode particulier de réalisation cette quatrième alimentation en air primaire peut être réalisée par une ouverture périphérique disposée autour du bord extérieur dudit stabilisateur, laquelle ouverture pouvant être soit directement réalisée dans ledit stabilisateur central sans conduit spécifique comme indiqué précédemment et tel que représenté sur la figure 6 ci-jointe, soit délimitée par le tube extérieur entourant ledit stabilisateur et un tube interne concentrique ; ces deux dits tubes constituant alors un conduit d'alimentation indépendant des autres alimentations en air primaire.
Dans d'autres modes de réalisation, adaptés soit à une alimentation additionnelle en gaz combustible soit à une quatrième alimentation en air primaire, ladite alimentation additionnelle en gaz est réalisée, indépendamment de tout autre alimentation en gaz, à travers un tube concentrique extérieur à celui à l'intérieur duquel peut être injecté tout combustible dans la zone centrale : c'est ce mode de réalisation qui est représenté à titre d'exemple dans la plupart des figures ci-jointes.
Le résultat permet ainsi d'obtenir un perfectionnement à des brûleurs comportant au moins trois conduits d'alimentation en air, dont deux axial et en rotation, concentriques avec au moins une alimentation en combustible, et un stabilisateur central, et permettant d'atteindre l'objectif explicité ci-dessus, à savoir d'enrichir le mélange air/combustible plus tôt dans la zone centrale du brûleur en aval du stabilisateur, soit en diminuant le caractère réducteur du mélange air/combustible dans cette zone, soit en améliorant ledit mélange, soit les deux, tout en conservant les avantages de réglage et de fonctionnement des brûleurs, auxquels on apporte ce perfectionnement et en améliorant donc ses qualités spécifiques.
La description et les figures ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention mais n'ont aucun caractère limitatif ; d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de l'invention qui peut en effet s'adapter à d'autres types de brûleurs ayant les caractéristiques principales rappelées précédemment et définies ci-après.
  • La figure 1 est une demi-vue en coupe longitudinale simplifiée d'un exemple de brûleur selon l'invention et utilisé, à titre d'exemple de l'application principale, mais non limitative, comme perfectionnement d'un brûleur tel que décrit dans le brevet EP 421 903.
  • La figure 2 est une demi-vue en coupe partielle de la partie centrale de l'exemple de réalisation du brûleur suivant la figure 1 avec une particularité supplémentaire.
  • Les figures 3a et 3b sont des demi-vues en coupe simplifiées et limitées à la seule sortie de l'ouverture d'alimentation en gaz additionnelle et suivant deux possibilités de réglage.
  • La figure 4 est une vue de face de la sortie de ladite ouverture d'alimentation en gaz additionnel.
  • Les figures 5a et 5b sont respectivement des vues en coupe longitudinale et de face des brûleurs selon l'invention, comportant plusieurs cannes d'alimentation en combustible dans son conduit central.
  • La figure 6 est une demi-vue en coupe partielle de la partie centrale d'un brûleur suivant l'invention avec une seule quatrième alimentation en air primaire, situé à la périphérie du stabilisateur et délimitée par le conduit central.
  • Les figures 7 à 11 sont des demi-vues en coupe longitudinale partielle et en vue de face de l'extrémité de l'alimentation additionnelle en gaz selon l'invention suivant différents modes de réalisation.
    • La présente invention s'applique ainsi à tout brûleur comportant au moins quatre conduits 11', 15', 4' , 5' sensiblement concentriques d'alimentation en combustible et en air de combustion primaire, comportant de l'air axial et de l'air mis en rotation, et un stabilisateur central 3 placé à la sortie d'un conduit d'amenée d'air primaire 11' central débouchant à travers des ouvertures 13 traversant ledit stabilisateur, ces ouvertures pouvant être des trous calibrés circulaires, ou des fentes, ou de toute autre forme ; lequel stabilisateur déborde en direction radiale par rapport à toute ouverture 14 d'un tube 10'' placé dans ledit conduit d'air primaire central 11' et à l'intérieur duquel peut être injecté du combustible tel que par une canne d'alimentation 10 pour un combustible liquide ou par transport pneumatique directement dans ledit conduit 10' pour tout combustible solide pulvérulent tel que des déchets combustible pulvérisés que l'on veut incinérer ; l'ensemble desdits conduits et du stabilisateur forment une buse 1 d'axe XX'.
    La combustion 2 a donc lieu en aval de la sortie de cette buse 1 autour de laquelle est amené l'air secondaire. Une représentation générale extérieure d'un exemple de brûleur complet peut être consultée selon la figure 1 du brevet européen 421 903.
    La buse 1 d'axe XX' telle que décrite dans ce brevet constitue un mode de réalisation préférentiel du brûleur suivant l'invention : les ouvertures de sortie périphériques 4, 5 des conduits d'alimentation en air primaire 4', 5' sont disposées radialement à l'extérieur de toute ouverture 14, 15 de conduit de combustibles 10', 15', que ce soit directement par un conduit central 10', par une canne 10 située dans ce conduit central 10' ou par un conduit périphérique 15', dans lequel est envoyé préférentiellement du charbon pulvérisé ou tout combustible gazeux. Lesdites ouvertures de sortie périphériques 4, 5 alimentent la buse 1 en air axial et en air tourbillonnant par au moins deux conduits 4', 5' concentriques, et le conduit central 11', est partiellement obturé par un stabilisateur de flamme 3 en forme de bride entourant l'ouverture 14 à travers laquelle débouche ladite canne 10.
    Ledit stabilisateur de flamme 3 peut être une plaque de forme extérieure circulaire épousant la forme intérieure du conduit d'amenée d'air primaire 11' central : il comporte les orifices ou ouvertures 13 pour le passage d'une partie de cet air de combustion primaire qui avec celui éventuellement alimenté par l'ouverture, ou les ouvertures additionnelles, 6 suivant la présente invention, représente au plus 20% de cet air primaire de telle façon que, dans la zone centrale 2 située en aval dudit stabilisateur 3, ne se produit aucune combustion notable du combustible, qualifiant ladite zone centrale 2 de morte.
    De préférence, la quantité d'air primaire qui n'est jamais nulle, et envoyée dans ladite zone centrale morte 2 est comprise entre 0.1% et 20% de la totalité de l'air primaire et de préférence inférieure à 10%, et la proportion d'air de combustion primaire est comprise entre 2 et 10% de l'air total de combustion et de préférence inférieure à 6%.
    Le stabilisateur de flamme 3 est de préférence décalé axialement en arrière par rapport à l'ensemble des ouvertures concentriques de sortie de l'air primaire et des combustibles solides ou gazeux. Ce stabilisateur 3 est disposé à l'extrémité avant des tubes 10" à l'intérieur desquels peut être injecté du combustible, tel que par des cannes 10 d'alimentation en combustible liquide qui sont alors glissés dans ces tubes 10".
    L'ouverture 5 de sortie de l'air axial est celle située radialement le plus à l'extérieur possible de l'ensemble des conduits d'alimentation en air primaire et comporte un bord externe 8 qui déborde axialement vers l'avant et constitue le bord interne du moyeu de la buse 1, le tube 5" externe de ce conduit 5' est lui-même entouré par un béton 7 de protection extérieure.
    L'ouverture 5 de sortie de l'air axial est constituée par les extrémités des parois des tubes 4" et 5" qui peuvent être, au moins pour celle du tube interne 4", de forme conique divergente et pouvant comporter des cloisons d'orientation et de séparation de cet air axial en plusieurs orifices de sortie.
    L'ouverture 4 de sortie de l'air radial est constituée des extrémités des parois des tubes 15" et 4" qui peuvent être également de forme conique et divergente, comporte des cloisons d'orientation pour créer l'effet tourbillonnant d'éjection de cet air ;
    Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 1, 2, 3 et 5, l'ouverture 6 de l'alimentation additionnelle en gaz est réalisée, indépendamment de tout autre alimentation en gaz ou en air, à travers un tube 6" concentrique extérieur à celui 10" à l'intérieur duquel peut être injecté tout de combustible et dont l'orifice constitue ladite ouverture 14.
    Suivant les exemples de représentation des figures 3 et 7 à 11, au moins l'un des tubes 6", 10" constituant ledit conduit 6' d'alimentation additionnelle en gaz est mobile par rapport à l'autre tube. Si le tube 10" intérieur est par ailleurs en retrait par rapport au tube 6', surtout en cas d'injection directe de combustible solide pulvérulent dans ledit tube 10", on obtient un enrichissement de ce combustible avant sa sortie par l'ouverture 14 ; ceci est représenté dans l'ensemble des figures 7 à 11. Suivant la figure 11 l'ouverture 6 de l'alimentation additionnelle en gaz est entièrement libre alors que dans les figures 7 à 10 cette ouverture 6 comporte des dispositifs 9, 16 d'obturation au moins partielle de ladite ouverture :
    Suivant les figures 7a et 7b, le tube extérieur 6" délimitant ledit conduit d'alimentation additionnelle 6' comporte une bride d'extrémité 16 intérieure, comme du reste les figures 8 ; cette bride permet en déplaçant le tube intérieur 10" au maximum vers l'avant d'obturer totalement cette ouverture additionnelle 6 ; de plus en arrière de cette bride 16 d'extrémité permettant une obturation totale, il peut être disposé des cloisons 9 permettant par leur inclinaison d'injecter le gaz additionnel d'une manière guidée suivant toute direction souhaitée, qui est alors de toutes façons convergent vers l'intérieur du tube 10' et peut être de plus mis en rotation.
    Suivant l'exemple de réalisation des figures 8 à 8d en plus des dispositifs d'obturation 16 et d'orientation 9 de la sortie du gaz, l'extrémité du conduit 6' d'alimentation additionnelle peut comporter en arrière des cloisons 9, une cloison périphérique 19 circulaire entourant le tube extérieur 10" du conduit 10' et percée d'orifices radiaux 18 permettant d'injecter le gaz additionnel, en reculant le tube 10" jusqu'à découvrir lesdits orifices ; de plus suivant la coupe VIII VIII' telle que représentée sur la figure 8c, cette cloison périphérique 19 peut comporter des échancrures, à l'aplomb ou à l'aval desdits orifices 18, afin que le gaz pénètre préférentiellement à travers les orifices 18 quand ils sont découverts avant que le reste de ce gaz soit dirigé à travers les cloisons 9.
    Suivant les exemples de réalisation des figures 9 et 9b, 10a à 10c, ladite bride d'extrémité intérieure 16 peut comporter des orifices 17 inclinés d'injection de gaz suivant des angles pouvant être différents, tels que représenté particulièrement sur les figures 10a à 10c : en particulier la coupe X1 X'1 correspond à la figure 10c avec un angle d'inclinaison important par rapport à l'axe XX' du brûleur, et la coupe X2 X'2 correspond à la figure 10b avec un angle d'inclinaison plus faible.
    Ces différents modes de réalisation ainsi que la possibilité de mobilité du tube central 10" permet d'obtenir différents types de réglage de l'injection de gaz additionnel dans le combustible alimenté par le conduit 10' afin d'optimiser et de favoriser la combustion ultérieure de celui-ci.
    Suivant le mode de représentation des figures 3a et 3b dans lesquelles c'est également le tube extérieur 10" du conduit 10' qui est mobile, on dispose deux dispositifs d'orientation et d'obturation 9, 16 au moins partiel de l'ouverture 6 tel qu'on peut le noter en vue de face suivant la coupe IV IV' de la figure 3b pour les dispositifs intérieurs au conduit 6' ; lesdits dispositifs d'obturation 9 permettant également de pouvoir donner un mouvement de rotation au flux d'alimentation en gaz additionnel. De plus dans cet exemple de réalisation l'extrémité du tube 10" comporte une bride 16' située en aval du tube extérieur 6" et dont la surface 16" constituant la paroi intérieure de l'extrémité du conduit 6' est de forme conique divergente, ce qui permet d'une part d'orienter, en l'écartant, le flux de gaz et d'autre part par variation de l'ouverture X entre les bords d'extrémités respectifs des tubes 6', 10" de faire varier le débit et/ou la vitesse de cette injection de gaz additionnel.
    Suivant un autre mode de réalisation représenté sur la figure 2, ladite ouverture 6 d'alimentation additionnelle en gaz peut être constituée au moins d'un coté par l'extrémité d'une paroi divergente d'un tube 6", 10", 11", ladite extrémité de ladite paroi étant en forme de tronc de cône divergent d'angle α ; chacune des parois en l'occurrence les tubes 6", 10" peut former des angles différents, respectivement α2, α1.
    De même et en ouverture d'angle contraire, ladite ouverture 6 d'alimentation additionnelle en gaz peut être constituée au moins d'un coté par l'extrémité d'une paroi convergente d'un tube 6", 10",11" ladite extrémité de la paroi étant en forme de tronc de cône convergent d'angle β; l'extrémité des deux dites parois pouvant former des angles différents β2, β1.
    Suivant les exemples de réalisation des figures 5, le brûleur peut comporter dans sa partie centrale plusieurs conduits d'alimentation en combustible traversant le conduit d'alimentation central 11' en air primaire et débouchant à travers le stabilisateur 3 ; il peut s'agir d'une part au moins d'un conduit 10'1 permettant d'y glisser une canne d'alimentation en combustible liquide 101, d'autre part au moins d'un conduit 10'2 permettant d'y injecter directement du combustible solide pulvérulent tel qu'indiqué précédemment, et enfin d'un conduit 12 constituant en fait l'allumeur du brûleur pour démarrer la combustion des combustibles dans les autres conduits. Suivant l'invention, ledit brûleur peut comporter alors autant d'ouvertures 6 d'alimentations additionnelles en gaz qu'il comporte de dits conduits d'alimentation 10', 12 en combustible ; et chacune des extrémités desdits conduits peut être équipée de l'un des dispositifs décrits dans les figures 2 à 4 et 7 à 11 sachant que le conduit allumeur 12 peut ne pas comporter une telle ouverture 6 d'alimentation additionnelle en gaz.
    Par ailleurs pour les conduits additionnels d'alimentation 6' en gaz, ceux ci pouvant contenir des éléments condensables acides tels que H2SO4 ou HCl, il est important d'éviter le refroidissement exagéré et la condensation de ces composants contre les parois desdits conduits car ils en provoqueraient la corrosion et leur destruction rapide ; pour éviter cela, lesdites parois peuvent être isolées pour éviter qu'elles ne soient plus froides que la température du combustible ; pour cela on peut isoler soit les parois des tubes guides d'air primaire vis à vis des tubes guides des circuits de combustibles solide ou gazeux, soit les parois de ces derniers conduits. Cette isolation thermique peut être réalisée du coté non soumis à l'abrasion du combustible solide ou du gaz, et de préférence constituée d'un tube protecteur de faible épaisseur, environ 0,5 à 2 mm et soit d'un papier feutre ou carton isolant à très faible coefficient thermique et d'une épaisseur de l'ordre de 2 à 15 mm, soit par la projection d'un dépôt de peinture spéciale résistante à la température ayant un coefficient thermique également très faible.
    L'ensemble des dispositifs suivant la présente invention peut s'appliquer a tout brûleur ayant les caractéristiques de base connues telles que décrites en introduction et pouvant comporter d'autres circuits périphériques (extérieurs et entourant le stabilisateur 3) d'alimentation en combustible en plus de celui de charbon pulvérisé 15' qui est le seul représenté dans le mode de réalisation pris en exemple ci-joint.

    Claims (15)

    1. Brûleur comportant au moins quatre conduits (4', 5', 11', 15') sensiblement concentriques, ces quatre conduits comprenant un conduit central d'alimentation en air primaire (11') dans lequel est placé au moins un tube (10" ) formant un conduit central d'alimentation en combustible (10' ; 10'1 ; 10'2 ; 12), un conduit périphérique d'alimentation en combustible (15') qui est situé à l'extérieur du conduit central d'alimentation en air primaire (11'), un conduit d'alimentation en air primaire à circulation sensiblement axiale (5') qui est situé à l'extérieur de tous les conduits d'alimentation en combustible (10' ; 10'1 ; 10'2 ; 12, 15'), et un conduit d'alimentation en air primaire (4') qui comporte des cloisons d'orientation pour créer un effet tourbillonnant à l'air, et qui est situé à l'extérieur de tous les conduits d'alimentation en combustible (10' ; 10'1 ; 10'2; 12, 15'), le brûleur comportant un stabilisateur central (3) placé à la sortie du conduit central d'alimentation en air primaire (11'), entouré par un tube (11"), comportant des ouvertures (13) au travers desquelles débouche l'air primaire provenant du conduit central d'alimentation en air primaire (11'), et débordant en direction radiale par rapport à toute ouverture centrale d'alimentation en combustible (14) de conduit central d'alimentation en combustible (10'; 10'1; 10'2; 12), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une ouverture d'alimentation additionnelle en gaz (6) située à l'extérieur de tout conduit central d'alimentation en combustible (10' ; 10'1 ; 10'2 ; 12) et à l'intérieur du tube (11") entourant le stabilisateur central (3).
    2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une des ouvertures d'alimentation additionnelle en gaz (6) est alimentée en combustible à partir d'une source d'alimentation en combustible.
    3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins l'une des ouvertures d'alimentation additionnelle en gaz (6) est alimentée en air primaire à partir d'une source d'alimentation en air primaire.
    4. Brûleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture d'au moins une alimentation additionnelle en air primaire (6) est alimentée par le conduit central d'amenée d'air primaire (11').
    5. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ouverture d'au moins une alimentation additionnelle en gaz (6) est alimentée par un conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') réalisé indépendamment de tout autre conduit d'alimentation en gaz (4', 5', 10'; 10'1; 10'2; 12, 13', 15') et délimité par un tube additionnel (6").
    6. Brûleur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') est délimité par le tube (11") entourant le stabilisateur central (3) et en ce que le tube additionnel (6") est intérieur et concentrique au tube (11" ) entourant le stabilisateur central (3) et délimite le conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') correspondant du conduit central d'alimentation en air primaire (11').
    7. Brûleur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'au moins un conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') est délimité par un tube (10") formant un conduit central d'alimentation en combustible (10';10'1;10'2;12) et en ce que le tube additionnel (6") correspondant est extérieur et concentrique à ce tube (10") formant un conduit central d'alimentation en combustible (10';10'1;10'2;12), et délimite ce conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') du conduit central d'alimentation en combustible (10';10'1;10'2;12) correspondant.
    8. Brûleur selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'un des tubes (6", 10", 11") délimitant un conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') est mobile par rapport à l'autre tube (10", 11", 6") délimitant ce même conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6').
    9. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture d'alimentation additionnelle en gaz (6) comporte des dispositifs (9,16) adaptés à obturer au moins partiellement cette ouverture d'alimentation additionnelle en gaz (6).
    10. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'extrémité axiale d'au moins un tube (6" , 10" , 11") délimitant un conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') et formant l'ouverture d'alimentation additionnelle en gaz (6) est une paroi en forme de tronc de cône divergent.
    11. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'extrémité axiale d'au moins un tube (6", 10", 11") délimitant un conduit d'alimentation additionnelle en gaz (6') et formant l'ouverture d'alimentation additionnelle en gaz (6) est une paroi en forme de tronc de cône convergent.
    12. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture d'alimentation additionnelle en gaz (6) comporte des dispositifs (9,17,18) adaptés à guider l'injection du gaz suivant toute direction souhaitée.
    13. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les parois des tubes (6", 10", 11") délimitant l'ensemble des conduits d'alimentation additionnelle en gaz (6') sont thermiquement isolés.
    14. Brûleur selon l'une des revendication 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte autant d'alimentation (6) additionnelle en gaz que de conduits centraux d'alimentation en combustible (10' ; 10'1 ; 10'2 ; 12).
    15. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'air primaire débouchant des orifices (13) et, éventuellement des ouvertures d'alimentation additionnelle en gaz (6), représente au plus 20%, ou même 10%, de l'air primaire.
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