EP1750057A2 - Procédé de combustion d'un combustible liquide à atomisation étagée - Google Patents

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EP1750057A2
EP1750057A2 EP06300849A EP06300849A EP1750057A2 EP 1750057 A2 EP1750057 A2 EP 1750057A2 EP 06300849 A EP06300849 A EP 06300849A EP 06300849 A EP06300849 A EP 06300849A EP 1750057 A2 EP1750057 A2 EP 1750057A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
spray
atomizing gas
flow
liquid fuel
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Withdrawn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
EP06300849A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1750057A3 (fr
Inventor
Bertrand Leroux
Patrick Jean-Marie Recourt
Mohand Amirat
Gabriel Constantin
Remi Pierre Tsiava
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.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1750057A2 publication Critical patent/EP1750057A2/fr
Publication of EP1750057A3 publication Critical patent/EP1750057A3/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/108—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel intersecting downstream of the burner outlet

Definitions

  • the present invention relates to a method of combustion of a liquid fuel, as well as to a burner implementing the method according to the invention.
  • the two-phase combustion of a liquid fuel by a gaseous oxidant has two main steps before the actual combustion is carried out. At first, it is necessary to atomize the liquid fuel by means of an atomization gas injected so as to destabilize the flow of liquid fuel and form a fuel spray having an increased contact surface with the fuel. oxidant to promote combustion.
  • the atomizing gas used may be air, oxygen, steam or even natural gas, for example. It is then necessary that the drops of liquid fuel thus formed evaporate before it burns with the oxidizer.
  • the vaporization time of the fuel drops being large in front of the reaction time, the mixing of the reagents and, consequently, the combustion properties essentially depend on the characteristics of the fuel spray, in particular the size of the fuel drops formed.
  • the characteristics of the spray depend on the type of injector used. Most injectors use a high speed differential between the atomizing gas and the liquid fuel to destabilize the latter and form the spray.
  • injectors depending on whether a high velocity flow is imposed on the fuel or atomizing gas, namely the mechanical injectors in which the fuel is subjected to high pressure and flows at high speed through a small-diameter orifice, and so-called "two-fluid" injectors in which a fuel jet flows at a relatively low speed and is destabilized by a high-speed flow of atomizing gas.
  • mechanical injectors are little used because they have, on the one hand, high risks of sealing the fuel injection port with deposits, and secondly, a range of limited flow due to the high cost of compressors needed to achieve high liquid pressures.
  • Two-fluid injectors can in turn allow very high flow rates of the atomizing gas.
  • this category there are air-assisted atomizers, operating with low gas flows ejected to very low high speed, and spray atomizers characterized by lower atomization gas flow rates but higher flow rates.
  • the mixture of the two fluids can be carried out in a confined medium (internal mixing injector) or outside the injection system (external mixing injector).
  • the liquid fuel flow may optionally be oriented to form a film on a suitable surface prior to being contacted with the atomizing gas flow.
  • the injector will be called atomizer with prior formation of a liquid layer ("prefilming atomizer” in English), and otherwise, atomizer with full liquid flow (“plain jet atomizer” in English).
  • the injectors most commonly used in oxy-combustion are two-fluid injectors, sputtering with an atomization gas velocity of less than 200 ms -1 , external mixing, and with full liquid flow (plain jet).
  • the control of the combustion properties of a spray produced by such injectors is mainly effected by modifying the relative speeds of the atomizing gas and the liquid fuel. In doing so, the average size of the drops of the fuel spray is changed, and consequently the vaporization time with respect to the reaction time of the combustion is also.
  • the size of the drops and the time of vaporization control the mixture of the evaporated fuel with the oxidant, and are therefore very important parameters of the combustion, determining in particular whether the combustion is complete or not.
  • the control of the injection speeds makes it possible to adjust the properties of the spray and of the two-phase combustion to adapt them to the heated process, such injectors still have a lack of flexibility.
  • the atomization mode can change from a fiber mode, that is to say with a fully developed liquid cone, to a superpulsing mode, that is, to say with a short and truncated liquid cone.
  • the reaction zone may stabilize in the immediate vicinity of the burner and lead to its destruction.
  • a too high atomization gas velocity can also lead to instability of the flame. Indeed, it has been shown that the stability of the flame could be related to the ratio of the mixing time to the characteristic time of the combustion chemistry, the flame being stable when this ratio is greater than 1. In the case of a excessive increase in gas velocity atomization time, the mixing time becomes less than the characteristic time of the combustion chemistry and the stability condition is no longer verified.
  • the characteristics of the spray affect several parameters that it is not possible to control independently of each other.
  • it is not possible to independently control the size of the spray drops and the spray angle both characteristics being dependent on the ratio of the amount of motion of the atomizing gas to that of the fuel. More particularly, in the case where this ratio of momentum is less than 5, an increase in the flow rate of the atomizing gas simultaneously results in a decrease in the size of the drops and in a widening of the angle of the spray, the flame thus risking interacting with those of adjacent burners.
  • the object of the present invention is to overcome the disadvantages mentioned above and for that purpose consists in a method of combustion of a liquid fuel comprising the steps of producing a spray of the liquid fuel by injection of a main flow of a gas of atomization in contact with the liquid fuel, said method being characterized in that at least one secondary flow of atomizing gas is injected near the spray so as to achieve a secondary atomization of said spray prior to its contact with a jet of oxidant for the purpose of fuel combustion.
  • the flow rate of the first atomization flow is decreased, resulting in the formation of a spray having a drop size formed in the vicinity of the larger injector.
  • the fuel drops of the first spray then undergo a second atomization leading to a modified spray with small drops. Since a first spray is already formed, the secondary atomization is more efficient, especially in the case of a fuel having a high viscosity, and causes the drops of the modified spray further from the injector. Due to this staged atomization of the liquid fuel, the combustion reaction takes place further from the injector, thus reducing the risk of heating and destruction of the burner.
  • the secondary atomization makes it possible to operate with greater shrinkage. Moreover, gas flows atomization thus multiplied allow more efficient cooling of the burner. The life of the injector is increased and the maintenance reduced.
  • This improvement in the cooling of the injector is particularly advantageous in the case where the atomization gas used is oxygen, gas for which the risks of heating are high.
  • the presence of a secondary atomization flow reduces the dependence between the size of the drops (flame length) and the angle of the spray (flame width) by limiting the increase of the latter.
  • the flame length can therefore be more easily controlled while limiting the risks of interaction with adjacent flames of burners.
  • Another advantage of the invention is the reduction of NOx compound emissions. Indeed, the temperature of the flame obtained being more homogeneous, the formation of NOx is reduced. This phenomenon is accentuated by a better dilution of the reagents and products of combustion thanks to the secondary flow of atomizing gas.
  • the secondary flow of atomizing gas is injected in a direction parallel to the injection direction of the liquid fuel.
  • the secondary flow of atomizing gas is injected in an oblique direction converging towards the injection direction of the liquid fuel. It is thus possible to control the angle of the spray more precisely, the angle of the modified spray being equal to twice the angle between the direction of injection of the secondary flow of atomizing gas and the direction of flow. fuel.
  • the secondary stream of atomizing gas will be injected at an angle between 0 and 60 °, preferably at an angle between 0 and 30 °
  • the secondary stream of atomizing gas is injected so as to present a turbulent flow.
  • turbulent flow improves dilution of reactants and products of combustion and further reduces NOx emissions.
  • the secondary flow rate of atomizing gas represents between 20% and 70% of the total flow of atomizing gas.
  • the secondary stream of atomizing gas is divided into several injected streams uniformly distributed and equidistantly around the flow of liquid fuel.
  • the injection may be performed, inter alia, by a concentric flow around the fuel injection or by a plurality of openings opening at the burner head and regularly distributed around the fuel injection. More specifically, the main flow of atomizing gas is injected coaxially around the liquid fuel while the secondary flow is injected through the plurality of openings.
  • the method according to the invention is perfectly suited to the staged combustion process in which the oxidizer is injected is divided into several streams introduced at different distances from the fuel spray, such as that described in particular in WO 2004/094902 .
  • the oxidant jet can be divided into a primary oxidant jet and a secondary oxidizer jet, the primary oxidant jet being injected near the fuel spray so as to generate a first incomplete combustion, the gases resulting from this first combustion further comprising at least a portion of the fuel, while the secondary oxidant jet is injected at a distance I 1 of the fuel spray which is greater than the distance between the fuel spray and the spray of primary oxidant closest to the spray fuel, so as to combust with the portion of the fuel present in the gases from the first combustion.
  • the invention also covers the case where a third jet of oxidant is injected at a distance I 2 from the fuel spray which is greater than the distance I 1 .
  • the method according to the invention is particularly suitable for two-phase burners in which the atomizing gas is injected, on the one hand, with a speed at least 10 times greater than the injection speed of the fuel, and on the other hand, with a mass flow rate of atomizing gas greater than 10% of the mass flow rate of the fuel.
  • the present invention also relates to a burner implementing the previous two-phase combustion process, said burner comprising at least one means for injecting a fuel associated with at least one atomization gas injection means so as to producing a fuel spray, and at least one oxidizer injection means, characterized in that it comprises at least one secondary atomization gas injection means disposed near the fuel injection means.
  • a burner comprises a primary oxidizer injection means, an oxidant secondary injection means disposed at a distance from the upper fuel injection means to that of the primary injection means, and possibly a tertiary injection means in oxidant disposed at the edge of the burner.
  • the secondary atomization gas injection means is produced by derivation of a common supply of atomizing gas.
  • the choice of the diameter of the bypass makes it possible to define a ratio between the primary flow of gas atomization and the main flow.
  • the secondary injection means is oriented parallel or obliquely with respect to the fuel injection means.
  • the atomization head 6 has six secondary ejection channels 11 oriented parallel to the fuel ejection duct 7 and the atomization gas ejection duct 8. These six secondary ejection channels 11 are evenly distributed around the ejection ducts 7, 8 and are intended to create secondary streams 1 of atomization gas taken from the atomization gas supply 9 by bypass channels. 12. Under the effect of these secondary streams 1 of atomizing gas, the spray 10 of liquid fuel is thus subjected to a second atomization producing a modified spray 13. This modified spray 13 is then intended to come into contact with a stream of oxidant (not shown), optionally divided into a primary stream and a secondary stream, for fuel combustion.
  • oxidant not shown
  • a tertiary oxidizer feed may also be located at a relatively large distance from the atomizer head 6 and is used to inject oxygen with a high speed so as to ensure sufficient dilution of the reactants prior to the main combustion zone to to avoid excessive formation of thermal NOx compounds.
  • a flame stabilization distance equal to approximately four times the flame stabilization distance of a conventional injector without secondary flow of atomizing gas. This larger Stabilization distance makes it possible to reduce the heating of the atomizing head 6.
  • the flame obtained was more homogeneous and longer due to the delayed atomization, the spray having a droplet size. more important than a spray from a conventional burner, while the modified spray 13 has a smaller drop size and drops better diluted and therefore distributed more evenly.
  • the more homogeneous flame thus obtained results in a reduction of the temperature difference between the hot spots and the cold spots.
  • an atomization head 1 differs from the atomization head 6 only in that it comprises secondary ejection ducts 14 oriented obliquely at an angle ⁇ relative to to the direction of the fuel flow.
  • the angle ⁇ is advantageously between 0 and 60 °, preferably between 0 and 30 °.
  • These secondary ejection ducts 14 deliver secondary streams 5 of atomizing gas forming with the spray 10 a modified spray 13 having a spray angle equal to 2 ⁇ .
  • Such an atomizing head 1 allows a more precise adjustment of the width of the flame.

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Abstract

La présente invention se rapporte, d'une part, à un procédé de combustion d'un combustible liquide comprenant les étapes visant à produire un spray (10) du combustible liquide par injection d'un flux principal (3) d'un gaz d'atomisation au contact du combustible liquide (4), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'au moins un flux secondaire (1) de gaz d'atomisation est injecté à proximité du spray (10) de manière à réaliser une atomisation secondaire dudit spray (10) préalablement à sa mise en contact avec un jet de comburant en vue de procéder à la combustion du spray, et d'autre part, à un brûleur mettant en oeuvre un tel procédé de combustion.

Description

  • La présente invention se rapporte à un procédé de combustion d'un combustible liquide, ainsi qu'à un brûleur mettant en oeuvre le procédé selon l'invention.
  • Lors de la mise en place d'un système de combustion pour four industriel par exemple, une des préoccupations majeures est d'optimiser l'efficacité de la combustion en contrôlant au mieux les propriétés de flammes, tout en respectant les besoins du procédé chauffé en terme de transferts thermiques et en diminuant au maximum les rejets de polluants atmosphériques.
  • La combustion diphasique d'un combustible liquide par un oxydant gazeux comporte deux étapes principales avant qu'il ne soit procédé à la combustion proprement dite. Dans un premier temps, il est nécessaire de procéder à l'atomisation du combustible liquide au moyen d'un gaz d'atomisation injecté de manière à déstabiliser le flux de combustible liquide et former un spray de combustible présentant une surface de contact accrue avec le comburant en vue de favoriser la combustion. Le gaz d'atomisation utilisé peut être de l'air, de l'oxygène, de la vapeur ou encore du gaz naturel, par exemple. Il est ensuite nécessaire que les gouttes de combustible liquide ainsi formées s'évaporent avant que celui-ci ne brûle avec le comburant. Le temps de vaporisation des gouttes de combustible étant grand devant le temps de réaction, le mélange des réactifs et, par conséquent, les propriétés de combustion dépendent essentiellement des caractéristiques du spray de combustible, notamment de la taille des gouttes de combustible formées.
  • Les caractéristiques du spray dépendent du type d'injecteur utilisé. La plupart des injecteurs mettent en oeuvre un différentiel de vitesse important entre le gaz d'atomisation et le combustible liquide pour déstabiliser ce dernier et former le spray. Il existe deux types d'injecteurs selon qu'un écoulement de grande vitesse est imposé au combustible ou au gaz d'atomisation, à savoir les injecteurs mécaniques dans lesquels le combustible est soumis à une pression élevée et s'écoule à grande vitesse à travers un orifice de faible diamètre, et les injecteurs dits « à deux fluides » dans lesquels un jet de combustible s'écoule à une vitesse relativement faible et est déstabilisé par un écoulement à grande vitesse de gaz d'atomisation. Toutefois, les injecteurs mécaniques sont peu utilisés car ils présentent, d'une part, des risques élevés d'obturation de l'orifice d'injection du combustible par des dépôts, et d'autre part, une gamme de débit limitée en raison du coût important des compresseurs nécessaires pour atteindre des pressions de liquide élevées.
  • Les injecteurs à deux fluides peuvent quant à eux permettre de très grandes vitesses d'écoulement du gaz d'atomisation. Dans cette catégorie, on distingue les atomiseurs assistés par air, fonctionnant avec de faibles débits de gaz éjecté à très grande vitesse, et les atomiseurs à pulvérisation caractérisés par des vitesses d'écoulement du gaz d'atomisation plus faibles mais des débits plus élevés. Le mélange des deux fluides peut s'effectuer dans un milieu confiné (injecteur à mélange interne) ou en dehors du système d'injection (injecteur à mélange externe).
  • Par ailleurs, l'écoulement de combustible liquide peut éventuellement être orienté de manière à former un film sur une surface appropriée avant sa mise en contact avec l'écoulement de gaz d'atomisation. Dans ce cas, l'injecteur sera appelé atomiseur avec formation préalable d'une nappe liquide ("prefilming atomizer" en anglais), et dans le cas contraire, atomiseur avec écoulement liquide complet ("plain jet atomizer" en anglais).
  • Les injecteurs les plus communément utilisés en oxy-combustion sont de type injecteurs à deux fluides, à pulvérisation avec une vitesse de gaz d'atomisation inférieure à 200 m.s-1, à mélange externe, et avec écoulement liquide complet (plain jet).
  • Le contrôle des propriétés de combustion d'un spray produit par de tels injecteurs s'effectue principalement en modifiant les vitesses relatives du gaz d'atomisation et du combustible liquide. Ce faisant, la taille moyenne des gouttes du spray de combustible s'en trouve modifiée, et, par voie de conséquence, le temps de vaporisation par rapport au temps de réaction de la combustion l'est également. La taille des gouttes et le temps de vaporisation contrôlent le mélange du combustible évaporé avec le comburant, et sont donc des paramètres très importants de la combustion, déterminant notamment si la combustion est complète ou non. Toutefois, bien que le contrôle des vitesses d'injection permette de régler les propriétés du spray et de la combustion diphasique pour les adapter au procédé chauffé, de tels injecteurs présentent encore un manque de flexibilité.
  • Par exemple, il est difficile de contrôler efficacement le refroidissement de l'injecteur. En effet, une augmentation du débit du gaz d'atomisation se traduit par une réduction de la taille moyenne des gouttes, et par conséquent par un rapprochement de la zone de réaction et donc un échauffement de l'injecteur.
  • De plus, pour un débit de gaz d'atomisation trop élevé, le mode d'atomisation peut passer d'un mode fibre, c'est-à-dire avec un cône liquide pleinement développé, à un mode superpulsant, c'est-à-dire avec un cône liquide court et tronqué. Dans ce cas, la zone de réaction risque de se stabiliser dans le voisinage immédiat du brûleur et conduire à sa destruction. Par ailleurs, une vitesse du gaz d'atomisation trop élevée peut également conduire à une instabilité de la flamme. En effet, il a été montré que la stabilité de la flamme pouvait être reliée au rapport du temps de mélange sur le temps caractéristique de la chimie de combustion, la flamme étant stable lorsque ce rapport est supérieur à 1. Dans le cas d'une augmentation trop importante de la vitesse du gaz d'atomisation, le temps de mélange devient inférieur au temps caractéristique de la chimie de combustion et la condition de stabilité n'est plus vérifiée.
  • Un autre inconvénient est que les caractéristiques du spray influent sur plusieurs paramètres qu'il n'est donc pas possible de contrôler indépendamment les uns des autres. Ainsi, il n'est pas possible de contrôler indépendamment la taille des gouttes du spray et l'angle du spray, caractéristiques dépendant toutes deux du rapport de la quantité de mouvement du gaz d'atomisation sur celle du combustible. Plus particulièrement dans le cas où ce rapport des quantités de mouvement est inférieur à 5, une augmentation du débit du gaz d'atomisation se traduit simultanément par une diminution de la taille des gouttes et par un élargissement de l'angle du spray, la flamme risquant alors d'interagir avec celles de brûleurs adjacents.
  • Un autre inconvénient apparaît dans le cas où un combustible présentant une viscosité élevée est utilisé. Dans ce cas, un simple flux de gaz d'atomisation injecté en couronne autour du flux de combustible liquide ne permet pas une atomisation régulière produisant un spray avec des tailles de gouttes homogènes. Ceci entraîne une irrégularité de la combustion et des difficultés de stabilisation de la flamme.
  • La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précédemment évoqués et consiste pour cela en un procédé de combustion d'un combustible liquide comprenant les étapes visant à produire un spray du combustible liquide par injection d'un flux principal d'un gaz d'atomisation au contact du combustible liquide, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'au moins un flux secondaire de gaz d'atomisation est injecté à proximité du spray de manière à réaliser une atomisation secondaire dudit spray préalablement à sa mise en contact avec un jet de comburant en vue de procéder à la combustion du combustible.
  • Ainsi, pour un même débit total du gaz d'atomisation, le débit du premier flux d'atomisation est diminué, ce qui entraîne la formation d'un spray présentant une taille des gouttes formées au voisinage de l'injecteur plus importante. Les gouttes de combustible du premier spray subissent ensuite une deuxième atomisation conduisant à un spray modifié présentant des gouttes de petite taille. Un premier spray étant déjà formé, l'atomisation secondaire est plus efficace, notamment dans le cas d'un combustible présentant une viscosité importante, et entraîne les gouttes du spray modifié plus loin de l'injecteur. De par cette atomisation étagée du combustible liquide, la réaction de combustion intervient plus loin de l'injecteur, diminuant ainsi les risques d'échauffement et de destruction du brûleur. Il convient de noter que dans le cas où le brûleur possède une canne d'injection en retrait, l'atomisation secondaire permet d'opérer avec un retrait plus important. Par ailleurs, les écoulements de gaz d'atomisation ainsi multipliés permettent un refroidissement plus efficace du brûleur. La durée de vie de l'injecteur s'en trouve augmentée et la maintenance réduite.
  • Cette amélioration du refroidissement de l'injecteur est particulièrement intéressante dans le cas où le gaz d'atomisation utilisé est l'oxygène, gaz pour lequel les risques d'échauffement sont élevés.
  • En outre, la présence d'un flux d'atomisation secondaire réduit la dépendance entre la taille des gouttes (longueur de flamme) et l'angle du spray (largeur de flamme) en limitant l'augmentation de ce dernier. La longueur de flamme peut donc être plus facilement contrôlée tout en limitant les risques d'interaction avec les flammes de brûleurs adjacents.
  • Un autre avantage de l'invention est la réduction des émissions de composés NOx. En effet, la température de la flamme obtenue étant plus homogène, la formation de NOx est réduite. Ce phénomène est accentué par une meilleure dilution des réactifs et des produits de combustion grâce au flux secondaire de gaz d'atomisation.
  • Selon une première variante de mise en oeuvre du procédé, le flux secondaire de gaz d'atomisation est injecté selon une direction parallèle à la direction d'injection du combustible liquide.
  • Selon une deuxième variante de mise en oeuvre du procédé, le flux secondaire de gaz d'atomisation est injecté selon une direction oblique convergeant vers la direction d'injection du combustible liquide. Il est ainsi possible de contrôler l'angle du spray de manière plus précise, l'angle du spray modifié étant égal à deux fois l'angle entre la direction d'injection du flux secondaire de gaz d'atomisation et la direction d'écoulement du combustible. Avantageusement, le flux secondaire de gaz d'atomisation sera injecté selon un angle compris entre 0 et 60°, de préférence selon un angle compris entre 0 et 30°
  • On peut éventuellement prévoir des moyens de réglage permettant d'orienter la direction d'injection du flux de gaz d'atomisation secondaire par rapport à la direction d'injection du combustible liquide afin de permettre l'augmentation de la largeur de la flamme, et par voie de conséquence le transfert de chaleur au procédé chauffé, si nécessaire.
  • Avantageusement, le flux secondaire de gaz d'atomisation est injecté de manière à présenter un écoulement turbulent. Ainsi, l'écoulement turbulent améliore la dilution des réactifs et des produits de combustion et réduit encore les émissions de composés NOx.
  • De manière préférentielle, le débit secondaire de gaz d'atomisation représente entre 20 % et 70 % du débit total de gaz d'atomisation.
  • Avantageusement, le flux secondaire de gaz d'atomisation est divisé en plusieurs flux injectés de manière uniformément répartie et à égale distance autour du flux de combustible liquide. L'injection peut être effectuée, entre autres, par un écoulement concentrique autour de l'injection de combustible ou par une pluralité d'ouvertures débouchant au niveau de la tête du brûleur et régulièrement réparties autour de l'injection de combustible. Plus précisément, le flux principal de gaz d'atomisation est injecté coaxialement autour du combustible liquide tandis que le flux secondaire est injecté par la pluralité d'ouvertures.
  • Le procédé selon l'invention convient parfaitement au procédé de combustion étagée dans lequel le comburant est injecté est divisé en plusieurs flux introduits à différentes distances du spray de combustible, tel que celui notamment décrit dans WO 2004/094902 . Ainsi, le jet de comburant peut être divisé en un jet de comburant primaire et un jet de comburant secondaire, le jet de comburant primaire étant injecté à proximité du spray de combustible de manière à engendrer une première combustion incomplète, les gaz issus de cette première combustion comportant encore au moins une partie du combustible, tandis que le jet de comburant secondaire est injecté à une distance I1 du spray de combustible qui est supérieure à la distance entre le spray de combustible et le jet de comburant primaire le plus proche du spray de combustible, de manière à entrer en combustion avec la partie du combustible présent dans les gaz issus de la première combustion. L'invention couvre également le cas où un troisième jet de comburant est injecté à une distance I2 du spray de combustible qui est supérieure à la distance I1.
  • Le procédé selon l'invention est particulièrement adapté aux brûleurs diphasiques dans lesquels le gaz d'atomisation est injecté, d'une part, avec une vitesse au moins 10 fois supérieure à la vitesse d'injection du combustible, et d'autre part, avec un débit massique de gaz d'atomisation supérieur à 10 % du débit massique du combustible.
  • La présente invention se rapporte également à un brûleur mettant en oeuvre le procédé de combustion diphasique précédent, ledit brûleur comprenant au moins un moyen d'injection d'un combustible associé à au moins un moyen d'injection de gaz d'atomisation de manière à produire un spray de combustible, et au moins un moyen d'injection en comburant, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen d'injection secondaire de gaz d'atomisation disposé à proximité du moyen d'injection de combustible. Il convient de noter que dans le cas d'un brûleur à jets hautement séparés, un tel brûleur comprend un moyen d'injection primaire en comburant, un moyen d'injection secondaire en comburant disposé à une distance du moyen d'injection en combustible supérieure à celle du moyen d'injection primaire, et éventuellement un moyen d'injection tertiaire en comburant disposé en bordure du brûleur.
  • Avantageusement, le moyen d'injection secondaire de gaz d'atomisation est réalisé par dérivation d'une alimentation commune de gaz d'atomisation. Le choix du diamètre de la dérivation permet de définir un ratio entre le flux primaire de gaz d'atomisation et le flux principal. Avantageusement encore, le moyen d'injection secondaire est orienté parallèlement ou obliquement par rapport au moyen d'injection en combustible.
  • La mise en oeuvre de l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée qui est exposée ci-dessous en regard du dessin annexé dans lequel :
    • la figure 1 est une représentation schématique partielle agrandie en coupe longitudinale d'une tête d'atomisation d'un brûleur selon l'invention.
    • la figure 2 est une vue de face de la tête d'atomisation de la figure 1.
    • la figure 3 est une représentation schématique partielle agrandie en coupe longitudinale d'une autre tête d'atomisation d'un brûleur selon l'invention.
  • Un procédé de combustion selon l'invention est mis en oeuvre par un brûleur comportant une tête d'atomisation 6 à pulvérisation avec mélange externe telle que représentée sur les figures 1 et 2. Cette tête d'atomisation 6 comprend :
    • un conduit d'éjection 7 d'un flux de combustible liquide 4 délivré par une alimentation en combustible 2 et
    • un conduit d'éjection 8 de gaz d'atomisation concentrique au conduit d'éjection 7 du combustible et relié à une alimentation 9 en gaz d'atomisation et débouchant au contact du flux de combustible 4 de manière à produire un spray 10 de combustible liquide sous l'action d'un flux principal 3 de gaz d'atomisation.
  • De plus, la tête d'atomisation 6 présente six canaux d'éjection secondaires 11 orientés parallèlement au conduit d'éjection 7 du combustible et au conduit d'éjection 8 de gaz d'atomisation. Ces six canaux d'éjection secondaires 11 sont répartis uniformément autour des conduits d'éjection 7, 8 et sont destinés à créer des flux secondaires 1 de gaz d'atomisation prélevés de l'alimentation 9 en gaz d'atomisation par des canaux de dérivation 12. Sous l'effet de ces flux secondaires 1 de gaz d'atomisation, le spray 10 de combustible liquide subit ainsi une deuxième atomisation produisant un spray modifié 13. Ce spray modifié 13 est ensuite destiné à venir au contact d'un flux de comburant (non représenté), éventuellement divisé en un flux primaire et un flux secondaire, pour procéder à la combustion du combustible. Une alimentation tertiaire en comburant peut également être située à une distance relativement important de la tête d'atomisation 6 et est utilisée pour injecter de l'oxygène avec une vitesse élevée de manière à assurer une dilution suffisante des réactifs avant la zone principale de combustion afin d'éviter une formation trop importante de composés NOx thermiques. Des expériences ont permis de montrer qu'un tel brûleur dans lequel 50 % de l'oxygène total était injecté au niveau de l'alimentation tertiaire, permettait d'obtenir, toutes choses étant égales par ailleurs, une distance de stabilisation de flamme égale à environ quatre fois la distance de stabilisation de flamme d'un injecteur classique sans flux secondaire de gaz d'atomisation. Cette plus grande distance de stabilisation permet de réduire l'échauffement de la tête d'atomisation 6. Par ailleurs, il a également été montré que la flamme obtenue était plus homogène et plus longue due à l'atomisation retardée, le spray 10 possédant une taille de gouttes plus importante qu'un spray issu d'un brûleur classique, tandis que le spray modifié 13 présente une taille de gouttes plus petite et des gouttes mieux diluées et donc réparties de façon plus homogène.
  • La flamme plus homogène ainsi obtenue a pour conséquence une réduction de l'écart de température entre les points chauds et les points froids.
  • Il a également été montré une réduction significative des émissions de composés NOx par un brûleur équipé d'une tête d'atomisation 6 selon l'invention. Une réduction d'un facteur variant entre 1,2 et 1,5 selon la distribution de comburant choisie peut être obtenue pour un même débit total de gaz d'atomisation. Cette réduction peut être expliquée par le retard de la zone de réaction obtenu grâce à l'invention.
  • En variante, une tête d'atomisation 1, telle que représentée sur la figure 3, diffère de la tête d'atomisation 6 uniquement par le fait qu'elle comprend des conduits d'éjection secondaires 14 orientés obliquement d'un angle α par rapport à la direction de l'écoulement de combustible. L'angle α est avantageusement compris entre 0 et 60°, de préférence entre 0 et 30°. Ces conduits d'éjection secondaires 14 délivrent des flux secondaires 5 de gaz d'atomisation venant former avec le spray 10 un spray modifié 13 possédant un angle de spray égal à 2α. Une telle tête d'atomisation 1 permet un réglage plus précis de la largeur de la flamme.
  • Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec des exemples particuliers de réalisation, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (10)

  1. Procédé de combustion d'un combustible liquide comprenant les étapes visant à produire un spray (10) du combustible liquide par injection d'un flux principal (3) d'un gaz d'atomisation au contact du combustible liquide (4), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'au moins un flux secondaire (1, 5) de gaz d'atomisation est injecté à proximité du spray (10) de manière à réaliser une atomisation secondaire dudit spray (10) préalablement à sa mise en contact avec un jet de comburant en vue de procéder à la combustion du combustible.
  2. Procédé de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux secondaire (1) de gaz d'atomisation est injecté selon une direction parallèle à la direction d'injection du combustible liquide.
  3. Procédé de combustion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux secondaire (5) de gaz d'atomisation est injecté selon une direction oblique convergeant vers la direction d'injection du combustible liquide.
  4. Procédé de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux secondaire (1, 5) de gaz d'atomisation est injecté de manière à présenter un écoulement turbulent.
  5. Procédé de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit de gaz d'atomisation dans le flux secondaire (1, 5) de gaz d'atomisation représente entre 20 % et 70 % du débit total de gaz d'atomisation.
  6. Procédé de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le flux secondaire (1, 5) de gaz d'atomisation est divisé en plusieurs flux injectés de manière uniformément répartie et à égale distance autour du flux de combustible liquide (4).
  7. Procédé de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le jet de comburant est divisé en un jet de comburant primaire et un jet de comburant secondaire, le jet de comburant primaire étant injecté à proximité du spray de combustible liquide de manière à engendrer une première combustion incomplète, les gaz issus de cette première combustion comportant encore au moins une partie du combustible, tandis que le jet de comburant secondaire est injecté à une distance I2 du spray de combustible qui est supérieure à la distance entre le jet de combustible liquide et le jet de comburant primaire le plus proche du spray de combustible liquide, de manière à entrer en combustion avec la partie du combustible présent dans les gaz issus de la première combustion.
  8. Brûleur comprenant au moins un moyen d'injection (7) d'un combustible liquide associé à au moins un moyen d'injection (8) de gaz d'atomisation de manière à produire un spray (10) de combustible, et au moins un moyen d'injection en comburant, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen d'injection secondaire (11, 12, 14) de gaz d'atomisation disposé à proximité du moyen d'injection de combustible.
  9. Brûleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen d'injection (11, 12, 14) secondaire de gaz d'atomisation est réalisé par dérivation d'une alimentation commune (9) de gaz d'atomisation.
  10. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le moyen d'injection (11, 12, 14) secondaire est orienté parallèlement ou obliquement par rapport au moyen d'injection (7) en combustible.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112664935B (zh) * 2020-12-25 2023-08-25 华中科技大学 一种喷雾燃烧合成纳米颗粒的系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1402956A2 (fr) 2002-09-30 2004-03-31 Delavan Inc. Atomiseur à jets discrets
FR2861452A1 (fr) 2003-10-23 2005-04-29 Otv Sa Systeme d'injection de dechets pateux, semi-pateux ou liquides dans un four d'incineration

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE917722C (de) * 1951-11-10 1954-09-09 Willi Quade Von Hand fuehrbarer OElbrenner, insbesondere fuer Kesselreinigungszwecke
CN85100972B (zh) * 1985-04-01 1986-12-31 北京市冶金设备自动化研究所 中低压空气高速射流多级雾化油燃烧器
CN2161823Y (zh) * 1993-07-03 1994-04-13 邵权有 高压多级内外混合雾化喷油枪
FR2715327B1 (fr) * 1994-01-26 1996-04-19 Omnium Traitement Valorisa Système d'injection de boues à incinérer dans un four d'incinération, procédé de fonctionnement, utilisation et four correspondants.
EP0910775A4 (fr) * 1996-07-08 2002-05-02 Corning Inc Dispositif d'atomisation a l'aide de gaz
WO2000060286A1 (fr) * 1999-04-06 2000-10-12 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Bruleur et four a combustion de combustion et d'hydrolyse a la flamme, et procede de combustion correspondant
US20030015604A1 (en) * 2001-07-18 2003-01-23 Kobayashi William Thoru Nozzle to promote flat fluid stream
FR2853953B1 (fr) * 2003-04-18 2007-02-09 Air Liquide Procede de combustion etagee d'un combustible liquide et d'un oxydant dans un four

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1402956A2 (fr) 2002-09-30 2004-03-31 Delavan Inc. Atomiseur à jets discrets
FR2861452A1 (fr) 2003-10-23 2005-04-29 Otv Sa Systeme d'injection de dechets pateux, semi-pateux ou liquides dans un four d'incineration

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