EP0978685A1 - Perfectionnements aux brûleurs à recirculation de fumées et à faible émission d'oxydes d'azote - Google Patents

Perfectionnements aux brûleurs à recirculation de fumées et à faible émission d'oxydes d'azote Download PDF

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EP0978685A1
EP0978685A1 EP99430015A EP99430015A EP0978685A1 EP 0978685 A1 EP0978685 A1 EP 0978685A1 EP 99430015 A EP99430015 A EP 99430015A EP 99430015 A EP99430015 A EP 99430015A EP 0978685 A1 EP0978685 A1 EP 0978685A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air
duct
nozzles
peripheral
recirculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99430015A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric Bury
Jean-Claude Gauthier
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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Filing date
Publication date
Application filed by Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA filed Critical Entreprise Generale de Chauffage Industriel Pillard SA
Publication of EP0978685A1 publication Critical patent/EP0978685A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid 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
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006—Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/20—Premixing fluegas with 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 
    • F23C2202/00—Fluegas recirculation
    • F23C2202/30—Premixing fluegas with combustion air

Definitions

  • the present invention relates to improvements brought to industrial burners with liquid or gaseous fuel.
  • the document EP 675 321 describes a gas fuel burner which has several central fuel transport conduits gaseous, arranged in the central part of an air supply channel, called primary injection means; these means consist of rods, the ends of which are folded outwards and arranged under the slots of a flame stabilizer; the ends of the rods are holes through which combustible gas is injected into the fireplace through the slots in the stabilizer.
  • the burner also comprises several peripheral conduits of transport of gaseous fuel, and means for mixing this fuel with combustion fumes produced in the home, as well as means for recirculating smoke; this burner has indeed means (called secondary) of fuel injection gas, which consist of rods ending in a nozzle each opening into a smoke recirculation duct produced in the home; according to this document, all of the means secondary injection, as well as the associated recirculation conduits, are located inside the air channel (called primary), to ensure their cooling.
  • secondary fuel injection gas
  • Each peripheral fuel injection nozzle is arranged inside a recirculation duct which communicates by its two ends with the hearth; this allows by ejection effect to achieve a recirculation of the fumes which mix with the combustible gas and reduce the formation of nitrogen oxides; to complete this effect of reduction by increasing the combustion stage, the burner includes means (called tertiary) for injecting gaseous fuel, constituted by rods crossing the wall of the enclosure of the hearth; each rod is associated with an air intake channel surrounding the rod.
  • the burner described in this document presents some disadvantages; in fact, the gas streams delivered by the canes and the air channels associated with these tertiary injection means are likely to form gas streams and / or a curtain surrounding the secondary means of fuel gas injection, which is likely to disrupt and limit the effectiveness of the smoke recirculation by secondary injection means gaseous fuel; another disadvantage results from the difficulty of adjust and control the effect produced by the air jets surrounding the jets of gas from tertiary means of injection, and in particular to control these coaxial jets and their mixture necessary for good combustion with the other jets caused by this burner, which is equipped with three separate gas fuel injection systems and two separate air transport and injection systems in the burner (and the home).
  • a drawback related to this device equipped with three means for injecting gaseous fuel which includes canes extending through the walls delimiting the enclosure of the hearth, resides in the large size of this system and the difficulty in repair, maintain and / or modify such a system partially embedded in the perimeter wall of the foyer.
  • An objective of the present invention is to provide a burner improved and partially remedy at least the disadvantages of known burners while improving their performance in the reduction in the formation of nitrogen oxides.
  • An objective of the present invention consists in particular in improve the self-recirculation of smoke.
  • An objective of the present invention is also to propose a compact, simple, inexpensive and improved burner.
  • Each of said air ejection nozzles causes the formation an air jet entering the enclosure delimiting the hearth through the orifice outlet of the nozzle which is located in the vicinity of the internal face of the wall of the enclosure, substantially flush and the latter and preferably slightly protruding, in particular from a distance on the order of radius or nozzle diameter; each jet of air causes depression at vicinity of said outlet, which causes the suction of smoke which are then entrained by the air jet with which they mix to form a gas mixture whose oxygen concentration is lower than that of air; this oxidizing gas mixture leads to a low production of nitrogen oxides during combustion.
  • the nozzles are preferably constructed in the form of simple short sections of tube, which are preferably parallel to the axis longitudinal of the burner, the outlet openings of which preferably in at least one transverse plane (with reference to the axis length of the burner) which is (are) set back (upstream) from the outlets of the central fuel transport conduits and primary air; due to the fact that these air nozzle orifices are located in rear of the outlet (end) ports of the central air ducts and of fuel, and thanks to the mixture of air ejected by the nozzles with the smoke, avoiding contacting of secondary air (ejected by nozzles) "pure" with the combustion zone, while making it possible to obtain a compact structure where the air nozzles are located at a short distance of the longitudinal axis of the burner.
  • the length of the tube sections forming the nozzles is generally close to their radius or diameter.
  • tube sections also serve to guide the air in nozzle outlet; the sections are preferably welded by their "upstream" end to a sheet or plate in the shape of a crown connecting the ferrules of said central and peripheral air transport ducts, the sheet being pierced with holes corresponding in shape and size to that tube sections.
  • peripheral air ejection nozzles contributes to improve combustion by causing both "staging" of the air intake and setting in motion (called “recirculation") of the fumes resulting in the creation of a gas mixture at low rate oxygen.
  • Said air nozzles are preferably identical, arranged at equal distance from the longitudinal axis of the burner (i.e. on a circle) and according to a symmetry of revolution (i.e. angularly equidistant).
  • peripheral air ejection nozzles are dissociated, that is to say separated and / or arranged at a distance from the nozzles gaseous fuel ejection devices, each of the air jets produced by these air nozzles and each of the gaseous fuel jets produced by these gas fuel ejection nozzles, leads to neighborhood of each nozzle, a depression causing the aspiration of a part of the smoke present in the fireplace; the fumes mix like this with each jet of air and each jet of gaseous fuel delivered by these nozzles, then are driven by each of these jets; so we improve notably the recirculation of the fumes and consequently one decreases the formation of nitrogen oxide; in addition, the different jets of fuel and air do not interfere with each other in a first time (in the vicinity of the nozzles), which means that the is more stable and easier to adjust, and this delays the air / fuel mixture, which only occurs after mixing with the fumes. Combustion thus occurs in a dilute atmosphere with a
  • the burner according to the invention is compact and can be easily installed in a hole (of corresponding section) provided in the wall of a fireplace, without requiring the creation of orifices separate devices for the passage of air injection canes and / or of fuel.
  • the peripheral gas injection nozzles are three to twelve, especially six to eight, arranged in a crown, regularly (angularly) distributed around the longitudinal axis (of general symmetry) of the burner, and the number of peripheral air ejection nozzles is equal to or double the number of peripheral nozzles for ejecting combustible gas; we can thus arrange the peripheral fuel nozzles and the nozzles air devices nested inside a single crown, the air and gas nozzles being alternated and distant to form separate jets regularly distributed in a ring around of the central part of the burner.
  • the longitudinal axes of the peripheral air and gases can expand in a diverging conical fashion, it is preferable that said axes are substantially parallel to the longitudinal axis of the burner and / or slightly inclined relative thereto.
  • the means of smoke recirculation by the jets of combustible gas produced by the peripheral ejection nozzles have a straight section of cylindrical conduit (or tube) arranged in the extension of each nozzle and at a distance (in front) thereof; said distance is preferably of the same order of magnitude as the radius or the diameter of the section of recirculation tube, in particular less than or equal to three times the diameter of the tube section, preferably less than or equal to two times the diameter of the tube section, for example of the order of 2 to 20 centimeters; thus, the free space between the nozzle and the inlet (the end upstream) of the recirculation duct facilitates the suction and mixing of the combustible gas with the fumes present in the hearth, delimiting a passage section for smoke of considerably larger dimensions larger than that delimited by the peripheral opening of the recirculation described in document EP 675 321; furthermore, this arrangement allows and / or facilitates adjustment, during assembly or the installation of the burner,
  • the end of the air nozzle extends in front of, or in the same transverse plane as, the inlet opening of the tube recirculation arranged in the extension of the peripheral nozzle fuel gas ejection.
  • One of the results of the invention is to combine the means allowing the staging of the combustion by delivery of the fuel in different areas, by supplying combustion air also by different circuits, as well as the recirculation of the fumes by driven by jets of combustible gas, and the recirculation of smoke further by entrainment by jets of combustion air, which optimizes burner operation and reduces particularly the production of nitrogen oxide.
  • Figure 1 illustrates in schematic perspective view the arrangement of the air and combustible gas ejection nozzles fitted a liquid and / or gaseous fuel burner according to the invention.
  • Figure 2 illustrates in cross-sectional view through two half-planes longitudinal intersecting along the longitudinal axis, and is a view according to II - II of Figure 3.
  • FIG. 3 is a front view of the front end of the burner and is a view along III of FIGS. 1 and 2.
  • Figures 4 and 5 illustrate views respectively identical to those of FIGS. 2 and 3, a liquid fuel burner or gaseous equipped with air ejection nozzles according to the invention; the Figure 5 is a view along V of Figure 4 and Figure 4 is a section according to IV-IV of Figure 5.
  • the burner 1 has a first cylindrical shell 2 with an axis longitudinal 3 horizontal, a second cylindrical shell 4 coaxial with the first, which delimits with the ferrule 2 a duct 5 of section annular; the ferrule 2 defines a central duct 31 for air passage primary.
  • the burner extends through a cylindrical orifice 6 provided in the wall 7 separating the hearth 8 from the outside 9 of the enclosure.
  • the burner comprises in the central part a central rod 10 of transport of combustible gas (in particular such as heavy fuel oil, diesel, petrol, oils, waste liquids ...) up to the burner head equipped with a central nozzle 11 and a flame stabilizer 12, which are arranged at the front end of the duct 31 and of the ferrule 2, and are protruding inside the fireplace 8.
  • combustible gas in particular such as heavy fuel oil, diesel, petrol, oils, waste liquids
  • the burner comprises a bundle of six peripheral tubes 13 of transport of combustible gases, which are each equipped at their end front of a nozzle 14 disposed substantially flush (for example 1 cm prominent) on the inner face 15 of the wall 7.
  • a part of the tubes 13 extends parallel to the axis 3 to the interior of the secondary air transport duct 5; the tubes 13 are supplied by a common collector 16, and pass through a annular flange 17 connecting the ferrules 2 and 4 and in which are provided six circular nozzles 18 for ejecting air; as illustrated in figures 1 and 3, the six identical nozzles 18 are spaced angularly by 60 degrees, same as the six nozzles 14 for ejecting combustible gas and are arranged in between (alternating): the angular space 19 between a nozzle 14 and an adjacent nozzle 18 is in this case close to 30 degrees.
  • the respective longitudinal axes 20, 21 of the nozzles 14, 18, which are parallel to axis 3, are located on identical or neighboring radii.
  • the axis of the tubes 22 coincides with the axis of the nozzles 14 and the rear end 24 of identical sections 22 is disposed at a distance 25 from the corresponding nozzle 14, which distance is by example close to 50 millimeters.
  • Said rear end 24 extends substantially in the plane containing the orifice 26 for the outlet of the air ejection nozzles 18.
  • the burner 1 has a structure similar to that of Figures 1 to 3; however, the burner of Figures 4 and 5 does not have a peripheral conduit (as identified 13 Figures 1 to 3) transport of gaseous fuels, nozzles 14 or conduit 22 associated.

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Abstract

La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux brûleurs industriels à combustible liquide ou gazeux. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de brûleurs industriels. Suivant l'invention, un brûleur (1) comporte : au moins un conduit (10) central de transport de combustible liquide ou gazeux, un conduit (31) central de transport d'air entourant ledit conduit central de transport de combustible, un conduit (5) périphérique de transport d'air de section annulaire, entourant ledit conduit central de transport d'air, plusieurs buses (18) périphériques d'éjection d'air secondaire délivré par ledit conduit périphérique de transport d'air, dont l'extrémité (26) s'étend de préférence en arrière des orifices de sortie des conduits centraux (10, 31) qui sont saillants dans le foyer. <IMAGE>

Description

La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux brûleurs industriels à combustible liquide ou gazeux.
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de brûleurs industriels.
Le document EP 675 321 décrit un brûleur à combustible gazeux qui comporte plusieurs conduits centraux de transport de combustible gazeux, disposés dans la partie centrale d'un canal d'amenée d'air, appelés moyens d'injection primaire ; ces moyens sont constitués de cannes, dont les extrémités sont pliées vers l'extérieur et disposées sous les fentes d'un stabilisateur de flamme ; les extrémités des cannes sont percées de trous par lesquels le gaz combustible est injecté dans le foyer à travers les fentes du stabilisateur.
Le brûleur comporte en outre plusieurs conduits périphériques de transport de combustible gazeux, et des moyens de mélange de ce combustible avec les fumées de combustion produites dans le foyer, ainsi que des moyens de recirculation de fumées ; ce brûleur comporte en effet des moyens (appelés secondaires) d'injection du combustible gazeux, qui sont constitués par des cannes se terminant par une buse unique débouchant chacune dans un conduit de recirculation des fumées produites dans le foyer ; selon ce document, l'ensemble des moyens secondaires d'injection, ainsi que les conduits de recirculation associés, sont situés à l'intérieur du canal d'air (dit primaire), pour assurer leur refroidissement.
Chaque buse d'injection périphérique de combustible est disposée à l'intérieur d'un conduit de recirculation qui communique par ses deux extrémités avec le foyer ; ceci permet par effet d'éjection de réaliser une recirculation des fumées qui se mélangent avec le gaz combustible et réduisent la formation des oxydes d'azote ; pour compléter cet effet de réduction par augmentation de l'étagement de la combustion, le brûleur comporte des moyens (dits tertiaires) d'injection de combustible gazeux, constitués par des cannes traversant la paroi de l'enceinte du foyer ; chaque canne est associée à un canal d'amenée d'air entourant la canne.
Le brûleur décrit dans ce document présente certains inconvénients ; en effet, les courants gazeux délivrés par les cannes et les canaux d'air associés à ces moyens tertiaires d'injection, sont susceptibles de former des courants de gaz et/ou un rideau entourant les moyens secondaires d'injection de gaz combustible, ce qui est susceptible de perturber et de limiter l'efficacité du système de recirculation de fumée par les moyens secondaires d'injection de combustible gazeux ; un autre inconvénient résulte de la difficulté de régler et de maítriser l'effet produit par les jets d'air entourant les jets de gaz des moyens tertiaires d'injection, et en particulier de maítriser ces jets coaxiaux et leur mélange nécessaire à une bonne combustion avec les autres jets provoqués par ce brûleur, qui est équipé de trois systèmes distincts d'injection de combustible gazeux et de deux systèmes distincts de transport et d'injection d'air dans le brûleur (et le foyer).
En outre, un inconvénient lié à ce dispositif équipé de trois moyens d'injection de combustible gazeux, qui comporte des cannes s'étendant au travers des parois délimitant l'enceinte du foyer, réside dans l'encombrement important de ce système et dans la difficulté à réparer, entretenir et/ou modifier un tel système en partie noyé dans le mur d'enceinte du foyer.
Le brevet EP 675 321 décrit par ailleurs un brûleur dénué de moyens tertiaires d'injection de combustible, dont les performances sont réduites.
Un objectif de la présente invention est de proposer un brûleur amélioré et de remédier en partie au moins aux inconvénients des brûleurs connus tout en améliorant leurs performances dans la réduction de la formation des oxydes d'azote.
Un objectif de la présente invention consiste en particulier à améliorer l'auto-recirculation des fumées.
Un objectif de la présente invention est également de proposer un brûleur compact, simple, peu coûteux et amélioré.
Selon un premier aspect, l'invention consiste à proposer un brûleur à combustible liquide ou gazeux qui comporte :
  • au moins un conduit central de transport de combustible liquide ou gazeux,
  • un conduit central de transport d'air (dit primaire) entourant ledit conduit central de transport de combustible,
  • un conduit périphérique de transport d'air (dit secondaire) de section annulaire, entourant ledit conduit central de transport d'air,
  • plusieurs buses périphériques d'éjection d'air secondaire délivré par ledit conduit périphérique de transport d'air.
Chacune desdites buses d'éjection d'air provoque la formation d'un jet d'air pénétrant dans l'enceinte délimitant le foyer par l'orifice de sortie de la buse qui est située au voisinage de la face interne de la paroi de l'enceinte, sensiblement affleurante et celle-ci et de préférence un peu saillante, en particulier d'une distance de l'ordre du rayon ou du diamètre de la buse ; chaque jet d'air provoque une dépression au voisinage dudit orifice de sortie, qui provoque l'aspiration de fumées qui sont ensuite entraínées par le jet d'air auquel elles se mélangent pour former un mélange gazeux dont la concentration en oxygène est inférieure à celle de l'air ; ce mélange gazeux comburant conduit à une faible production d'oxydes d'azote lors de la combustion.
Les buses sont de préférence construites sous la forme de simples tronçons courts de tube, qui sont de préférence parallèles à l'axe longitudinal du brûleur, dont les orifices de sortie s'étendent de préférence dans au moins un plan transversal (par référence à l'axe longitudinal du brûleur) qui est (sont) situé(s) en retrait (en amont) des orifices de sortie des conduits centraux de transport de combustible et d'air primaire ; grâce au fait que ces orifices de buses d'air sont situés en arrière des orifices de sortie (d'extrémité) des conduits centraux d'air et de combustible, et grâce au mélange de l'air éjecté par les buses avec les fumées, on évite une mise en contact de l'air secondaire (éjecté par les buses) « pur » avec la zone de combustion, tout en permettant d'obtenir une structure compacte où les buses d'air sont situées à faible distance de l'axe longitudinal du brûleur.
La longueur des tronçons de tube formant les buses est généralement voisine de leur rayon ou de leur diamètre.
Afin que les tronçons de tube formant les buses jouent leur rôle, leur section cumulée doit être inférieure à la section du conduit périphérique de transport d'air pour provoquer une accélération de l'air à leur passage.
Ces tronçons de tube servent également au guidage de l'air en sortie de buses ; les tronçons sont de préférence soudés par leur extrémité « amont » à une tôle ou plaque en forme de couronne reliant les viroles desdits conduits central et périphérique de transport d'air, la tôle étant percée d'orifices correspondant en forme et dimension à celle des tronçons de tube.
La présence des buses périphériques d'éjection d'air contribue à améliorer la combustion en provoquant à la fois un « étagement » de l'entrée d'air et une mise en mouvement (dite « recirculation ») des fumées aboutissant à la création d'un mélange gazeux à faible taux d'oxygène.
Lesdites buses d'air sont de préférence identiques, disposées à égale distance de l'axe longitudinal du brûleur (c'est-à-dire sur un cercle) et selon une symétrie de révolution (c'est-à-dire angulairement équidistantes).
Selon un autre aspect, l'invention consiste à proposer un brûleur à combustibles liquide et gazeux ou bien à combustible gazeux seulement, qui comporte :
  • au moins un conduit central de transport de combustible liquide ou gazeux,
  • un conduit central de transport d'air (dit primaire) entourant ledit conduit central de transport de combustible,
  • un conduit périphérique de transport d'air (dit secondaire) de section annulaire, entourant ledit conduit central de transport d'air,
  • plusieurs buses périphériques d'éjection d'air secondaire délivré par ledit conduit périphérique de transport d'air,
  • plusieurs conduits périphériques de transport de combustible gazeux s'étendant en partie au moins dans ledit conduit périphérique de transport d'air, de préférence parallèlement à celui-ci, et terminés chacun par une buse périphérique d'éjection du combustible gazeux ; lesdites buses périphériques d'éjection de combustible gazeux sont dissociées desdites buses d'éjection d'air.
Grâce au fait que les buses périphériques d'éjection d'air sont dissociées, c'est-à-dire séparées et/ou disposées à distance des buses périphériques d'éjection de combustible gazeux, chacun des jets d'air produit par ces buses d'air et chacun des jets de combustible gazeux produit par ces buses d'éjection de combustible gazeux, entraíne, au voisinage de chaque buse, une dépression provoquant l'aspiration d'une partie des fumées présentes dans le foyer ; les fumées se mélangent ainsi avec chaque jet d'air et chaque jet de combustible gazeux délivré par ces buses, puis sont entraínées par chacun de ces jets ; on améliore ainsi notablement la recirculation des fumées et par conséquent on diminue la formation d'oxyde d'azote ; en outre, les différents jets de combustible et d'air n'interfèrent pas les uns avec les autres dans un premier temps (au voisinage des buses), ce qui entraíne que le fonctionnement est plus stable et plus facile à régler, et ce qui retarde le mélange air / combustible, qui ne se produit qu'après mélange avec les fumées. La combustion se produit ainsi dans une atmosphère diluée avec un taux d'oxygène réduit et conduit par conséquent à une forte réduction des oxydes d'azote.
En outre, du fait que lesdits conduits centraux et périphériques de transport d'air et de combustible s'inscrivent dans le volume délimité par le conduit périphérique de transport d'air, qui est de section cylindrique, et généralement délimité par une virole cylindrique en tôle d'acier, le brûleur conforme à l'invention est compact et peut être facilement installé dans un orifice (de section correspondante) prévu dans la paroi d'un foyer, sans nécessiter la réalisation d'orifices périphériques séparés pour le passage de cannes d'injection d'air et/ou de combustible.
De préférence, les buses périphériques d'injection de gaz combustible sont au nombre de trois à douze, en particulier de six à huit, disposées en couronne, régulièrement (angulairement) réparties autour de l'axe longitudinal (de symétrie générale) du brûleur, et le nombre de buses périphériques d'éjection d'air est égal ou double du nombre de buses périphériques d'éjection de gaz combustible ; on peut ainsi disposer les buses périphériques de combustible et les buses périphériques d'air de façon imbriquée à l'intérieur d'une même couronne, les buses d'air et de gaz étant alternées et distantes pour former des jets distincts et régulièrement répartis en couronne autour de la partie centrale du brûleur.
Bien que les axes longitudinaux des buses périphériques d'air et de gaz puissent s'étendre de façon conique divergente, il est préférable que lesdits axes soient sensiblement parallèles à l'axe longitudinal du brûleur et/ou peu inclinés par rapport à celui-ci.
Selon une des caractéristiques préférentielles, les moyens de recirculation de fumée par les jets de gaz combustible produit par les buses périphériques d'éjection, comportent un tronçon rectiligne de conduit cylindrique (ou tube) disposé dans le prolongement de chaque buse et à distance (en avant) de celle-ci ; ladite distance est de préférence du même ordre de grandeur que le rayon ou le diamètre du tronçon de tube de recirculation, en particulier inférieure ou égale à trois fois le diamètre du tronçon de tube, de préférence inférieure ou égale à deux fois le diamètre du tronçon de tube, par exemple de l'ordre de 2 à 20 centimètres ; ainsi, l'espace libre entre la buse et l'entrée (l'extrémité amont) du conduit de recirculation facilite l'aspiration et le mélange du gaz combustible avec les fumées présentes dans le foyer, en délimitant une section de passage pour des fumées de dimensions notablement plus grandes que celle délimitée par l'ouverture périphérique des tubes de recirculation décrits dans le document EP 675 321 ; en outre, cette disposition permet et/ou facilite le réglage, lors du montage ou de l'installation du brûleur, de cette distance, ce qui permet d'optimiser l'aspiration, le mélange et l'entraínement des fumées par les jets de gaz combustible.
Il a été constaté que, de façon surprenante, la présence d'un conduit de recirculation associé à chaque buse périphérique d'éjection de gaz combustible, améliore la recirculation des fumées, et est généralement nécessaire pour obtenir un entraínement et un mélange significatif des fumées par le jet de gaz combustible, alors qu'il n'en est pas de même en ce qui concerne l'entraínement des fumées par les jets d'air : il est en effet possible d'obtenir un entraínement satisfaisant à l'aide du jet d'air sortant d'une buse périphérique d'éjection, sans associer à cette buse un tube de recirculation de fumée ; bien entendu, il est toutefois possible d'en prévoir un.
Il a été constaté par ailleurs que, de façon également surprenante, le fonctionnement des systèmes de recirculation de fumée par le gaz combustible à l'aide des buses et du tube de recirculation, est sensiblement amélioré en prévoyant des buses et/ou des tubes de dimensions différentes ; pratiquement, deux types de buses d'éjection de gaz combustible de dimensions différentes peuvent être prévus à cet effet.
Afin d'éviter que les jets d'air perturbent et interfèrent avec l'entraínement des fumées provoqué par les jets de gaz combustible, il est préférable que l'extrémité de la buse d'air s'étende en avant de, ou dans le même plan transversal que, l'orifice d'entrée du tube de recirculation disposé dans le prolongement de la buse périphérique d'éjection de gaz combustible.
Selon d'autres caractéristiques préférentielles, qui contribuent à améliorer la compacité, la simplicité et l'efficacité du brûleur :
  • le rapport du diamètre du conduit d'air secondaire au diamètre du conduit d'air primaire est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 2, en particulier supérieur ou égal à 1,5 et inférieur ou égal à 2 ;
  • le rapport de la longueur des conduits de recirculation associés aux buses d'éjection de gaz, à leur diamètre, est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 10, en particulier voisin de 2 à 4 ;
  • les buses périphériques d'éjection de gaz sont disposées sensiblement affleurantes ou de façon peu saillante sur la face interne des parois de l'enceinte du foyer, les buses périphériques d'éjection d'air étant elles disposées proéminentes par rapport à ladite face interne, et par rapport auxdites buses d'éjection de gaz ;
  • l'orifice de sortie du conduit central d'air est saillant à l'intérieur de l'enceinte du foyer, et les extrémités avant des conduits de recirculation situés dans le prolongement des buses d'éjection de gaz combustible, sont disposées sensiblement dans le même plan que ledit orifice de sortie du conduit central d'air ;
  • les tubes de recirculation associés aux buses d'éjection de gaz combustible, sont fixés sur la virole du conduit central d'air, sur la surface externe de celle-ci, et s'inscrivent à l'intérieur du diamètre du conduit périphérique annulaire de transport d'air secondaire.
Un des résultats de l'invention est d'associer les moyens permettant l'étagement de la combustion par délivrance du combustible dans des zones différentes, par délivrance de l'air comburant également par des circuits différents, ainsi que la recirculation des fumées par entraínement par des jets de gaz combustible, et la recirculation de fumée en outre par entraínement par des jets d'air comburant, ce qui permet d'optimiser le fonctionnement du brûleur et de réduire particulièrement la production d'oxyde d'azote.
Les avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention.
Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent, sauf indication contraire, les mêmes références d'une figure à l'autre.
La figure 1 illustre en vue en perspective schématique l'arrangement des buses d'éjection d'air et de gaz combustible équipant un brûleur à combustible liquide et/ou gazeux conforme à l'invention.
La figure 2 illustre en vue en coupe transversale par deux demi-plans longitudinaux se coupant selon l'axe longitudinal, et est une vue selon II - II de la figure 3.
La figure 3 est une vue de face de l'extrémité avant du brûleur et est une vue selon III des figures 1 et 2.
Les figures 4 et 5 illustrent selon des vues respectivement identiques à celles des figures 2 et 3, un brûleur à combustible liquide ou gazeux équipé de buses d'éjection d'air conformes à l'invention ; la figure 5 est une vue selon V de la figure 4 et la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 5.
Le brûleur 1 comporte une première virole cylindrique 2 d'axe longitudinal 3 horizontal, une deuxième virole cylindrique 4 coaxiale à la première, qui délimite avec la virole 2 un conduit 5 de section annulaire ; la virole 2 délimite un conduit central 31 de passage d'air primaire.
Le brûleur s'étend au travers d'un orifice cylindrique 6 prévu dans la paroi 7 séparant le foyer 8 de l'extérieur 9 de l'enceinte.
Le brûleur comporte en partie centrale une canne 10 centrale de transport de gaz combustible (en particulier tel que fuel-oil lourd, gasoil, essence, huiles, liquides résiduaires...) jusqu'à la tête du brûleur équipé d'une buse centrale 11 et d'un stabilisateur 12 de flamme, qui sont disposés à l'extrémité avant du conduit 31 et de la virole 2, et sont saillants à l'intérieur du foyer 8.
Le brûleur comporte un faisceau de six tubes périphériques 13 de transport de gaz combustible, qui sont chacun équipés à leur extrémité avant d'une buse 14 disposée sensiblement affleurante (par exemple proéminente de 1 centimètre) à la face interne 15 de la paroi 7.
Une partie des tubes 13 s'étend parallèlement à l'axe 3 à l'intérieur du conduit 5 de transport d'air secondaire ; les tubes 13 sont alimentés par un collecteur commun 16, et passent au travers d'une bride annulaire 17 reliant les viroles 2 et 4 et dans laquelle sont prévues six buses circulaires 18 d'éjection d'air ; comme illustré figures 1 et 3, les six buses identiques 18 sont espacées angulairement de 60 degrés, de même que les six buses 14 d'éjection de gaz combustible et sont disposées intercalées (alternées) : l'espace angulaire 19 entre une buse 14 et une buse 18 adjacente est dans ce cas voisin de 30 degrés.
Les axes longitudinaux 20, 21 respectifs des buses 14, 18, qui sont parallèles à l'axe 3, sont situés sur des rayons identiques ou voisins.
Six tronçons 22 rectilignes de tubes de section circulaire, coupés à angle droit à leurs deux extrémités 23, 24, sont disposés dans le prolongement des buses 14 d'éjection de gaz, et sont soudés le long d'une de leurs génératrices sur la face externe de la partie d'extrémité avant de la virole 2, selon des génératrices de celle-ci.
L'axe des tubes 22 est confondu avec l'axe des buses 14 et l'extrémité arrière 24 des tronçons 22 identiques est disposée à une distance 25 de la buse 14 correspondante, laquelle distance est par exemple voisine de 50 millimètres.
Ladite extrémité arrière 24 s'étend sensiblement dans le plan contenant l'orifice 26 de sortie des buses 18 d'éjection d'air.
Par référence aux figures 4 et 5, le brûleur 1 a une structure similaire à celui des figures 1 à 3 ; cependant, le brûleur des figures 4 et 5 ne comporte pas de conduit périphérique (tel que repéré 13 figures 1 à 3) de transport de combustibles gazeux, ni de buses 14 ou de conduit 22 associé.
On retrouve aux figures 4 et 5 les conduits centraux 10 de transport de fuel et 31 de transport d'air primaire, ainsi que le conduit périphérique 5 prolongé par les buses 18 d'éjection d'air secondaire, dont l'orifice 26 de sortie est disposé en amont (par référence au sens d'écoulement de l'air et du combustible) - c'est-à-dire à droite (figure 4) - de l'extrémité saillante de la virole 2 et des conduits 10 et 31 centraux.

Claims (10)

  1. Brûleur (1) caractérisé en ce qu'il comporte :
    au moins un conduit (10) central de transport de combustible liquide ou gazeux,
    un conduit (31) central de transport d'air entourant ledit conduit central de transport de combustible,
    un conduit (5) périphérique de transport d'air de section annulaire, entourant ledit conduit central de transport d'air,
    plusieurs buses (18) périphériques d'éjection d'air secondaire délivré par ledit conduit périphérique de transport d'air, dont l'extrémité (26) s'étend en arrière des orifices de sortie des conduits centraux (10, 31) qui sont saillants dans le foyer,
    plusieurs conduits (13) périphériques de transport de combustible gazeux s'étendant en partie au moins dans ledit conduit (5) périphérique de transport d'air et terminés chacun par une buse (14) périphérique d'éjection,
       en ce que les buses (18) d'éjection d'air sont dissociées des buses (14) périphériques d'éjection de combustible gazeux, et en ce qu'il comporte un tronçon de conduit (22) de recirculation associé à chaque buse (14) d'éjection de gaz combustible et disposé en avant de celle-ci.
  2. Brûleur selon la revendication 1, dans lequel les tronçons de conduit (22) de recirculation associés à chaque buse (14) sont disposés dans le prolongement de celles-ci, à une distance de celles-ci qui est inférieure ou égale à trois fois le diamètre desdits tronçons, de préférence inférieure ou égale à deux fois ce diamètre.
  3. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les tronçons (22) de recirculation sont fixés sur la virole du conduit central (31) d'air et s'inscrivent à l'intérieur du diamètre du conduit (5) de transport d'air secondaire.
  4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, qui est dénué de conduits de recirculation pour les buses d'éjection d'air, et dans lequel les buses d'éjection d'air comportent des orifices de sortie d'air de section non circulaire.
  5. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits conduits centraux et périphériques de transport d'air et de combustible s'inscrivent dans le volume délimité par le conduit périphérique de transport d'air, qui est de section cylindrique, et délimité par une virole (4) cylindrique en tôle d'acier.
  6. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, qui comporte de trois à douze buses (14) périphériques d'éjection de gaz combustible, qui comporte de trois à vingt-quatre buses (18) périphériques d'éjection d'air, lesquelles buses d'air et de gaz combustible sont disposées alternées et en couronne.
  7. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, qui comporte deux types de buses d'éjection de gaz de dimensions différentes.
  8. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'extrémité (26) des buses d'éjection d'air s'étend en avant ou dans le même plan transversal que l'orifice d'entrée (24) du conduit (22) de recirculation associé à la buse d'éjection de gaz combustible.
  9. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les buses (18) d'éjection d'air secondaire sont disposées sensiblement affleurantes à la paroi du foyer, et de préférence un peu saillantes.
  10. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le rapport de la longueur du conduit (22) de recirculation associé aux buses d'éjection de gaz, à leur diamètre, est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 10, et dans lequel le rapport du diamètre du conduit (5) d'air secondaire au diamètre du conduit (31) d'air primaire est supérieur à 1 et inférieur ou égal à 2.
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