FR2464433A1 - AIR GAS BURNER WITH VERY HIGH FLOW VARIATION - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN BRULEUR A GAZ A AIR SOUFFLE DONT LE DEBIT CALORIFIQUE PEUT VARIER SUR UNE PLAGE DE REGLAGE TRES ETENDUE ET NOTAMMENT SUSCEPTIBLE DE FONCTIONNER POUR DE TRES FAIBLES DEBITS, BRULEUR A GAZ COMPORTANT UN DISPOSITIF D'ARRIVEE DU GAZ ET UN DISPOSITIF D'ARRIVEE DE L'AIR, AINSI QU'UN CONDUIT DIVERGENT DANS LEQUEL S'EFFECTUE LE MELANGE AIR-GAZ. CE BRULEUR EST CARACTERISE EN CE QUE LA SECTION TERMINALE DIVERGENTE PRESENTE AU MOINS DEUX ETAGES D'INTRODUCTION D'AIR ETOU DE GAZ COMBUSTIBLE. APPLICATION A TOUS LES PROCEDES DE COMBUSTION DANS LESQUELS LE DEBIT DE GAZ COMBUSTIBLES EST SUSCEPTIBLE DE VARIER DANS DE GRANDES PROPORTIONS ET, NOTAMMENT, AU PROCEDE CLAUS.THE INVENTION CONCERNS A BLOW-AIR GAS BURNER WHOSE CALORIFIC FLOW MAY VARY OVER A VERY WIDE SETTING RANGE AND IN PARTICULAR LIKELY TO OPERATE FOR VERY LOW FLOWS, GAS BURNER INCLUDING A GAS DELIVERY DEVICE AND A DEVICE AIR INLET, AS WELL AS A DIVERGENT DUCT IN WHICH THE AIR-GAS MIXTURE TAKES PLACE. THIS BURNER IS CHARACTERIZED IN THAT THE DIVERGENT TERMINAL SECTION HAS AT LEAST TWO STAGES OF INTRODUCTION OF AIR OR COMBUSTIBLE GAS. APPLICATION TO ALL COMBUSTION PROCEDURES IN WHICH THE FLOW OF COMBUSTIBLE GASES IS LIKELY TO VARY IN GREAT PROPORTIONS AND, IN PARTICULAR, TO THE CLAUS PROCESS.
Description
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La présente invention concerne un brûleur à gaz à air soufflé dont le débit calorifique peut varier sur une plage de réglage très étendue et qui est notamment susceptible de fonctionner The present invention relates to a gas blast furnace burner whose heat flow can vary over a very wide adjustment range and which is particularly likely to function
pour de très faibles débits.for very low flow rates.
La mise au point de brûleurs à air soufflé a une impor- tance considérable dans de nombreuses industries, et notamment dans l'industrie chimique lourde o ils sont indispensables dans les procédés d'obtention de nombreux produits fabriqués à grande échelle The development of air-blast burners is of considerable importance in many industries, especially in the heavy chemical industry, where they are indispensable in the processes of obtaining many large-scale products.
et servant de matière première dans des industries de transforma- and used as raw material in processing industries.
tion.tion.
Or, la plupart des brûleurs à gaz à air soufflé ont des sections fixes d'injection du gaz et de l'air; en conséquence, les vitesses d'injection, dans ces sections fixes, diminuent lorsque le débit calorifique demandé décroit. Or, ces vitesses atteignent, à basse allure, des valeurs insuffisantes pour assurer un mélange satisfaisant de l'air et du gaz et, par suite, une combustion However, most blast-gas burners have fixed sections of gas and air injection; as a result, the injection speeds in these fixed sections decrease when the required heat flow decreases. However, these speeds reach, at low speed, insufficient values to ensure a satisfactory mixture of air and gas and, consequently, a combustion
complète, rapide, stable.complete, fast, stable.
Cette caractéristique des brûleurs classiques n'est pas sans inconvénient: en effet, de nombreuses opérations nécessitent ainsi l'utilisation de foyers à plusieurs brûleurs pouvant être This characteristic of conventional burners is not without disadvantage: in fact, many operations thus require the use of multi-burner fireplaces that can be
allumés successivement en fonction du débit calorifique demandé. switched on according to the heat flow rate requested.
En conséquence, dans ces installations, il faut changer fréquemment de brûleur en cours de fonctionnement ce qui oblige à effectuer des opérations successives et relativement longues d'arrêt et de rallumage des brûleurs et n'est pas sans augmenter Consequently, in these installations, it is necessary to change the burner frequently during operation, which makes it necessary to carry out successive and relatively long shutdown and reignition operations of the burners and is not without increasing
considérablement le prix de revient du produit fini. considerably the cost price of the finished product.
De plus, dans ce type d'installations, la chaleur du foyer entraîne une détérioration accélérée des brûleurs à l'arrêt, Moreover, in this type of installation, the heat of the hearth causes an accelerated deterioration of the burners at rest,
notamment dans le cas de foyers briquetés maintenus à haute tempé- particularly in the case of briquettes maintained at high temperatures
rature, ou de foyers fonctionnant en pression. erosion, or foci operating in pressure.
Dans certaines installations, pour éviter les inconvé- In some installations, to avoid inconveniences
nients mentionnés ci-dessus, on est obligé de souffler de l'air, des fumées, ou de la vapeur sur les brûleurs à l'arrêt afin de les refroidir en cours de procédé, ce qui entraîne un gaspillage above mentioned, it is necessary to blow air, smoke, or steam on the burners at a standstill in order to cool them during the process, which leads to waste
important d'énergie thermique.important thermal energy.
On a bien déjà proposé des dispositifs permettant de faire varier la section d'injection de l'air et celle du gaz d'un It has already been proposed devices for varying the injection section of the air and that of the gas of a
brûleur pour conserver aux vitesses des fluides une valeur suffi- burner to maintain fluid velocities
sante en dépit de la variation des débits. despite variations in flow rates.
Mais, de tels dispositifs sont mis en échec pour les But, such devices are defeated for
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très faibles débits parce que la section terminale du brûleur ne varie pas et que la vitesse de mélange du gaz et de l'air demeure very low flow rates because the end section of the burner does not change and the mixing speed of gas and air remains
très faible.very weak.
La présente invention a pour objet de remédier aux incon- The object of the present invention is to remedy the inconveniences
vénients mentionnés ci-dessus, en proposant un brûleur à gaz suscep- tible de fonctionner correctement à de très faibles débits et donc pouvant être installé en tant que brûleur unique sur des foyers the above-mentioned advantages, by proposing a gas burner that can function properly at very low flow rates and therefore can be installed as a single burner on fireplaces.
qui nécessitaient jusqu'alors l'utilisation de plusieurs brûleurs. which previously required the use of several burners.
A cet effet, la présente invention concerne un brûleur à gaz à air soufflé dont le débit calorifique peut varier sur une plage de réglage très étendue et notamment susceptible de fonctionner pour de très faibles débits, brûleur à gaz comportant un dispositif d'arrivée du gaz et un dispositif d'arrivée de l'air, ainsi qu'un conduit divergent dans lequel s'effectue le mélange air-gaz,brûleur caractérisé en ce que la section terminale divergente présente au To this end, the present invention relates to a gas blast furnace burner whose heat flow can vary over a very wide range of adjustment and in particular capable of operating at very low flow rates, gas burner comprising a gas inlet device and an air inlet device, as well as a divergent duct in which the air-gas mixture is carried out, characterized in that the diverging terminal section presents
moins deux étages d'introduction d'air de combustion. minus two stages of introduction of combustion air.
L'avantage de disposer d'un brûleur unique à très grande variation de débit concerne tous les foyers et particulièrement les fours de fabrication du soufre par combustion d'hydrogène The advantage of having a single burner with a very large variation in flow rate concerns all fireplaces and particularly sulfur-producing furnaces by combustion of hydrogen
sulfuré (procédé Claus).sulphide (Claus process).
Sur ce dernier type de four toute introduction de fluide de refroidissement d'un brûleur à l'arrêt compromet le rendement du procédé en provoquant une dilution des gaz réactifs. Il en résulte une perte de production, une corrosion accélérée et une pollution atmosphérique accrue. En outre, une faible vitesse du gaz à la sortie du conduit est la cause d'un mauvais mélange des gaz et, par suite, d'un mauvais rendement de la réaction de combustion, On the latter type of furnace any introduction of cooling fluid from a burner to shut down compromises the efficiency of the process by causing a dilution of the reactive gases. This results in loss of production, accelerated corrosion and increased air pollution. In addition, a low gas velocity at the outlet of the duct is the cause of a bad mixture of the gases and, consequently, of a poor efficiency of the combustion reaction,
ce qui provoque également un accroissement de la pollution atmos- which also causes an increase in atmospheric pollution.
phérique. Au contraire le maintien d'une grande vitesse des gaz sur tout le trajet parcouru et même aux faibles débits, provoque un meilleur mélange avec l'air d'o il résulte une flamme courte, une température de flamme plus élevée et un meilleur rendement pheric. On the contrary, maintaining a high velocity of the gases over the entire path traveled and even at low flow rates, causes a better mixing with the air resulting in a short flame, a higher flame temperature and better performance.
de réaction.of reaction.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, le According to another characteristic of the invention, the
diamètre intérieur minimum du deuxième étage est au moins sensible- Minimum inside diameter of the second floor is at least
ment égal au diamètre terminal intérieur du premier étage. equal to the inner terminal diameter of the first stage.
On parvient à obtenir ainsi une bien meilleure continuité dans la décroissance de la vitesse du mélange en aval du premier It is thus possible to obtain a much better continuity in the decay of the speed of the mixture downstream of the first
étage.floor.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le brûleur comporte des moyens de réglage séparés des sections d'injection du According to another characteristic of the invention, the burner comprises separate adjustment means of the injection sections of the
gaz et de l'air.gas and air.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de réglage de la section d'injection du gaz est un opercule coulis- sant situé sur l'orifice de la tuyère d'amenée du gaz, le mouvement de cet orifice étant commandé par l'intermédiaire d'une commande manuelle ou motorisée, asservie ou non à la pression dans le According to another characteristic of the invention, the means for adjusting the gas injection section is a sliding cover located on the orifice of the gas supply nozzle, the movement of this orifice being controlled by the gas injection nozzle. intermediate of a manual or motorized control, controlled or not with the pressure in the
conduit 4 Dar exemple.leads 4 Dar example.
Selon une autre caractéristique de l'invention, dans chaque étage d'introduction de l'air de combustion, l'air traverse un registre muni d'aubes inclinables permettant de modifier la According to another characteristic of the invention, in each combustion air introduction stage, the air passes through a register provided with tilting vanes making it possible to modify the
section d'injection au moyen d'un levier de commande. injection section by means of a control lever.
Selon une autre caractéristique de l'invention, pour chaque étage, le divergent dans lequel s'écoule le mélange possède un col très étroit, calculé pour le débit le plus faible demandé According to another characteristic of the invention, for each stage, the divergent in which the mixture flows has a very narrow neck, calculated for the lowest requested flow rate.
au brûleur.at the burner.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la mise en service des étages peut être soit discontinue, soit rendue continue par un dispositif d'asservissement des papillons de According to another characteristic of the invention, the commissioning of the stages can be either discontinuous or made continuous by a servo-control device for the butterflies.
réglage de débit d'air.air flow adjustment.
Les caractéristiques du brûleur à gaz qui fait l'objet de la présente invention sont décrites plus en détail à l'aide du dessin annexé représentant une coupe schématique d'un tel The characteristics of the gas burner which is the subject of the present invention are described in more detail with the aid of the attached drawing showing a schematic section of such
brûleur.burner.
Selon cette figure, le brûleur se compose d'un dispositif 1 d'arrivée du gaz selon la flèche A, et d'un dispositif 2 d'arrivée de l'air de combustion selon les flèches B. Le gaz qui arrive par le dispositif 1, ainsi que l'air arrivant par le dispositif 2 sont mélangés dans un conduit divergent 3 à partir duquel s'écoule le mélange AB et qui sera décrit plus According to this figure, the burner consists of a device 1 for the arrival of the gas according to the arrow A, and a device 2 for the arrival of the combustion air according to the arrows B. The gas that arrives through the device 1, as well as the air arriving through the device 2 are mixed in a divergent duct 3 from which the mixture AB flows and which will be described more
en détail dans la suite de cet exposé. in detail later in this presentation.
Le dispositif d'amenée du gaz sous pression 1 est une tuyère 4, dont l'extrémité 5 débouchant dans la conduite divergente 3 est coiffée d'un opercule coulissant 6 susceptible de se déplacer longitudinalement sur l'axe I-I de la tuyère 4. Le déplacement longitudinal de l'opercule 6 dont dépend la section d'injection du gaz sous pression est commandé au moyen d'un système de commande The device for supplying the pressurized gas 1 is a nozzle 4 whose end 5 opening into the diverging duct 3 is capped with a sliding lid 6 capable of moving longitudinally along the axis II of the nozzle 4. longitudinal displacement of the cap 6 on which the pressurized gas injection section depends is controlled by means of a control system
7 relié à l'opercule 6 par un axe 8. 7 connected to the cover 6 by an axis 8.
Le dispositif d'amenée de l'air de combustion se compose d'un caisson, à partir duquel l'air arrive dans le conduit divergent 3 en traversant un registre 10 muni d'aubes inclinables il permettant de modifier la section d'injection de l'air dans le divergent au The combustion air supply device consists of a box, from which the air arrives in the divergent duct 3 by passing through a register 10 provided with tilting vanes, making it possible to modify the injection section of the air in the divergent at
moyen d'un levier de commande 12.using a control lever 12.
Selon l'invention, et pour permettre au brûleur d'être utilisé sur une plage de réglage très étendue et notamment pour des débits calorifiques très faibles, le conduit divergent 3 peut According to the invention, and to allow the burner to be used over a very wide adjustment range and in particular for very low heat flow rates, the diverging duct 3 can
se décomposer en deux étages d'introduction de l'air de combustion. decompose into two stages of introduction of the combustion air.
Selon la figure, la conduite divergente 3 comporte deux étages 30 et 31, la totalité du gaz étant injectée dans le premier étage 30, tandis que l'air peut être injecté successivement dans According to the figure, the diverging pipe 3 comprises two stages 30 and 31, all the gas being injected into the first stage 30, while the air can be injected successively into
les étages 30 et 31.the floors 30 and 31.
Il est bien évident que la conduite divergente pourrait comporter plus de deux étages, ou bien que l'introduction du gaz pourrait être échelonnée sur les deux étages sans pour cela sortir It is quite obvious that the diverging conduct could have more than two floors, or that the introduction of the gas could be staggered on the two floors without going out
du cadre de l'invention.of the scope of the invention.
Pour permettre une introduction étagée de l'air de com- To allow a staged introduction of air
bustion B, le caisson 9 est subdivisé en deux compartiments 90 et 91, chacun de ces compartiments étant reliés à l'un des étages B bustion, the box 9 is subdivided into two compartments 90 and 91, each of these compartments being connected to one of the floors
30 ou 31 de la conduite divergente 3. 30 or 31 of the diverging pipe 3.
Chacun des compartiments 90 ou 91 est relié à un registre muni d'aubes inclinables 11 qui permettent de modifier la section Each of the compartments 90 or 91 is connected to a register provided with tilting vanes 11 which make it possible to modify the section
d'injection au moyen de leviers 12.injection by means of levers 12.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation cidessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres variantes, sans pour cela sortir du cadre Of course, the invention is not limited to the embodiment described above and shown, from which we can provide other variants, without departing from the scope
de l'invention.of the invention.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple non limitatif suivant The invention will be better understood with the aid of the following nonlimiting example
EXEMPLEEXAMPLE
Un brûleur suivant l'invention comporte une tuyère 5 d'un diamètre intérieur de 75 mm et un opercule 6 de réglage du A burner according to the invention comprises a nozzle 5 with an inside diameter of 75 mm and a cap 6 for adjusting the
débit de la tuyère.flow of the nozzle.
La température d'un gaz acide contenant environ 60 % d'hydrogène sulfuré et 40 % de gaz carbonique étant de 400C et sa pression de 60 millibars audessus de la pression régnant dans le The temperature of an acid gas containing about 60% of hydrogen sulphide and 40% of carbon dioxide being of 400C and its pressure of 60 millibars above the pressure reigning in the
foyer, le débit admissible maximum est alors de 1641 Nm3/h. the maximum permissible flow rate is 1641 Nm3 / h.
Pour un débit de gaz acide d'environ 160 à 540 Nm3/heure, on admet dans le premier étage 30 par le compartiment 90 un débit For a flow of acid gas of about 160 to 540 Nm3 / hour, the first stage 30 is admitted through the compartment 90 a flow
d'air proportionnel au débit de gaz de 240 à 810 Nm3/heure. air proportional to the gas flow rate of 240 to 810 Nm3 / hour.
24644332464433
Le deuxième étage ne reçoit alors qu'un faible débit d'air de refroidissement et un front de flamme parfaitement stable s'établit The second stage then receives only a small flow of cooling air and a perfectly stable flame front is established
dans le premier étage.in the first floor.
Pour un débit de gaz acide supérieur à 540 Nm3/h, on maintient le débit d'air maximum du premier étage 30 et l'on admet l'excédent d'air nécessaire à la combustion dans le deuxième étage 31 par le compartiment 91. Le front de flamme se déplace For an acid gas flow rate greater than 540 Nm3 / h, the maximum air flow rate of the first stage 30 is maintained and the excess air necessary for combustion in the second stage 31 is admitted by the compartment 91. The flame front is moving
alors et se stabilise dans le deuxième étage. then and stabilize in the second floor.
6 24644336 2464433
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