FR2473683A1

FR2473683A1 - Bruleur servant a melanger des courants gazeux en vue de l'obtention d'un melange a plusieurs phases destine a reagir dans un generateur de gaz partiellement oxydes

Info

Publication number: FR2473683A1
Application number: FR8027516A
Authority: FR
Inventors: Charles Parker Marion; Edward Taylor Child; George Neal Richter; Albert Brent; Blake Reynolds; William Bernard Couch
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-24
Publication date: 1981-07-17
Also published as: US4351645A; BR8008502A; SE8008941L

Abstract

L'invention se rapporte à un brûleur permettant de fabriquer des mélanges gazeux par oxydation partielle de boues pouvant être pompées constituées de combustibles carbonés. Le brûleur comprend un moyen central d'écoulement 15 comportant un moyen amont d'entrée par lequel un premier courant d'alimentation ou plusieurs courants d'alimentation peuvent arriver séparément et un moyen de sortie aval 20 un premier conduit coaxial extérieur 16, de même axe que ledit moyen d'écoulement 15 qu'il entoure et présentant une entrée amont par laquelle un second courant d'alimentation peut arriver séparément et une sortie 21 qui constitue le fin dudit conduit extérieur 16, au droit de l'extrémité aval du brûleur. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention se rapporte à la fabrica-

tion de mélanges gazeux comprenant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, par exemple les gaz de synthèse, les gaz combustibles et les gaz réducteurs par oxydation partielle de boues pouvant être pompées constituées par des combustibles carbonés solides dans un support ou véhicule liquide et/ou de combustibles

à l'état liquide ou gazeux constitués par des hydrocarbures.

De façon plus précise, l'invention vise un brûleur perfectionné destiné à une telle fabrication de mélanges gazeux. On a utilisé jusqu'à ce jour des brûleurs du type annulaire pour introduire des combustibles hydrocarbonés dans un générateur de gaz partiellement

oxydés. C'est ainsi par exemple que le brevet des E.U.A.

n0 3 528 930 au nom du demandeur décrit un brûleur à un seul passage annulaire tandis que les brevets des E. U. A. n0 3 758 037 et 3 847 564, également au nom du demandeur, décrivent des brûleurs à deux passages

annulaires. En vue d'obtenir un mélange et une pulvéri-

sation convenables et une bonne stabilité de fonctionne-

ment, il convient de déterminer les dimensions du brûleur en fonction d'un débit donné. Si la quantité de gaz désirée vient à changer de façon importante, il faut avec les brûleurs connus, arrêter toute l'installation pour pouvoir remplacer le brûleur par un autre ayant les dimensions voulues. On remédie à cet inconvénient et l'on supprime les arrêts coûteux grâce au brûleur selon l'invention, qui peut fonctionner sous des débits différents tout en conservant un bon rendement et en demeurant stable. Un procédé plus complexe pour assurer le chauffage préalable d'un générateur de gaz à l'aide d'un brûleur de chauffage préalable, retirer ce brûleur de chauffage préalable du générateur de gaz et introduire un nouveau brûleur de fabrication, est décrit dans le

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des E. U. A. n0 4 113 445 au nom du demandeur.

Le bout de l'ajutage du conduit central de ces brûleurs connus arrive pratiquement au ras ou tout près de la face du brûleur et il ne se produit pratiquement aucun mélange préalable des gaz en

réaction en amont de cette face du brûleur. Par consé-

quent, dans de tels brûleurs, la quasi-totalité de l'opération de pulvérisation et de mélange du courant de combustibles avec le courant d'oxygène se produisent

en aval de la face du brûleur.

Dans l'opération d'oxydation partielle des boues de la phase liquide de combustibles carbonés solides, opération destinée à l'obtention de'gaz de synthèse, de gaz combustibles ou de gaz réducteurs, le brûleur selon l'invention supprime les inconvénients de combustion instable et le mauvais rendement qui peuvent se présenter avec des-brûleurs dont la face est au ras de l'extrémité de l'ajutage. Le brûleur selon l'invention comporte une zone interne de mélange

préalable, dans laquelle deux ou trois courants d'ali-

mentation qui se dirigent vers la zone de réact.ion d'un générateur de gaz partiellement oxydés se mélangent entre eux sans allumage et subissent éventuellement un chauffage préalable en vue de vaporiser de 0 à 100 % en volume du support ou véhicule liquide. Ce brûleur comporte un conduit central en retrait et un conduit extérieur, coaxial à ce conduit central et qui délimite avec ce dernier un passage annulaire. Il est prévu éventuellement un ajutage de sortie convergent à l'extrémité du conduit extérieur, du côté aval du brûleur. Suivant une autre forme de réalisation, un conduit intermédiaire peut être intercalé entre le conduit central et le condu.it extérieur, coaxialement à ceux-ci, et l'on dispose alors de deux passages à savoir un passage annulaire intermédiaire et un

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passage annulaire extérieur. Le conduit intermédiaire peut éventuellement comporter une série de trous ou passages de petit diamètre, de façon qu'au moins une fraction des gaz qui circulent dans le passage annulaire extérieur puisse, en les traversant, se mélanger aux

matériaux qui circulent dans le passage annulaire in-

termédiaire et/ou dans la zone de mélange préalable.

L'extrémité du conduit central et, éventuelle-

ment, des conduits intermédiaires peut être en retrait, en amont de la face du brûleur, respectivement à une distance égale à deux ou plusieurs fois (par exemple 3 et 10 fois) et à une distance comprise entre 0 et 12 fois (par exemple entre 2 et 5 fois) le diamètre minimum de l'ajutage de sortie convergent situé à l'extrémité du brûleur, une telle disposition fournissant une zone de mélange préalable qui consiste en une chambre de mélange préalable, ou constituée par deux ou plusieurs (par exemple entre 2 et 5) chambres de mélange préalable, disposées en série et coaxiales entre elles. La zone de mélange préalable est située entre l'extrémité avale dudit conduit central et la face du brûleur, à son extrémité aval. Les courants de produits de réaction sont introduits séparement dans la zone de mélange préalable, au moyen dudit conduit central et du ou des passages annulaires. Dans la zone de mélange préalable, les produits devant réagir se mélangent intimement les uns aux autres et, en même temps, une proportion comprise environ entre 0 et 100 % en volume (par exemple comprise entre environ 2 et 80%)

du support ou véhicule liquide peut se trouver va-

porisée. Suivant une forme de réalisation, le mélange sort d'une chambre de mélange préalable, il peut se détendre dans la chambre de mélange préalable suivante de la série. La variation de vitesse du mélange qui

circule dans les chambres de mélange préalable succes-

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sives assure un mélange intime des courants d'alimenta-

tion avant leur sortie du brûleur. Le mélange à plusieurs phases peut traverser un ajutage de sortie

convergent situé à l'extrémité aval du conduit exté-

rieur, à une vitesse d'échappement supérieure à

la vitesse de propagation des flammes.

Une autre forme de réalisation consiste en un brûleur assurant une forte diminution de débit et constitué par les éléments suivants:-un conduit central qui se termine par un orifice de sortie non obstrué, de forme circulaire, situé au droit de la

face du brûleur; un faisceau central de tubes paral-

lèles disposés longitudinalement dans ledit conduit central et présentant des extrémités aval-qui sont en retrait, en amont de la face du brûleur, à une distance comprise de préférence entre environ 3 et 10 fois le diamètre minimum de cet orifice de sortie,

un conduit extérieur coaxial audit central et délimi-

tant avec ce dernier un passage de forme annulaire qui se termine par un orifice annulaire non obstrué

au droit de la face du brûleur, et un faisceau an-

nulaire de tubes parallèles disposés longitudinalement

dans ledit passage annulaire et présentant des extré-

mités aval qui sont en retrait en amont de la face du brûleur, à une distance comprise entre environ - 0 et 12 fois (par exemple entre 3 et 10 fois) la

largeur minima de l'orifice annulaire de sortie.

Des fractions distinctes de l'alimentation en combustible peuvent traverser le faisceau central de tubes et/ou de faisceau annulaire de tubes tandis que, simultanément, le courant de gaz contenant de l'oxygène à l'état libre circule dans le conduit central

correspondant ét/ou dans le passage annulaire corres-

pondant qui entoure respectivement le ou les faisceaux

de tubes. Des modérateurs de température peuvent éven-

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tuellement être mélangés avec l'oxydant gazeux et/ou avec les courants d'alimentation en combustible. De la sorte, on peut introduire le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre dans des interstices entre les tubes, ce qui permet d'obtenir un meilleur mélange des courants de produits destinés à réagir. Suivant une variante, on peut faire passer des fractions distinctes du gaz renfermant de l'oxygène à l'état

libre, dans le faisceau central et/ou dans les fais-

ceaux annulaires de tubes tandis que, simultanément,

le combustible circule dans le conduit central cor-

respondant et/ou dans le passage annulaire correspondant

qui entoure respectivement le ou les faisceaux de tubes.

Suivant une autre forme de réalisation du brûleur selon l'invention, on peut obtenir un mélange plus poussé des courants de produits devant réagir en prévoyant une ou plusieurs chambres de mélange préalable de forme cylindrique et coaxiales, montées en série dans le conduit central et/ou une ou plusieurs chambres de mélange préalable de forme annulaire, disposées en série dans le passage annulaire. Dans les

chambres de mélange préalable, les courants d'alimen-

tation se dirigent vers la zone de réaction d'un générateur de gaz partiellement oxydés, se mélangent

les uns aux autres sans allumage et subissent éventuel-

lement un chauffage préalable qui a pour effet de vaporiser de O à 100 % en volume du support ou véhicule liquide. On peut éventuellement introduire dans au moins l'une des chambres de mélange préalable, des jets d'un produit gazeux, à savoir de la vapeur d'.eau, des gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, du gaz carbonique,

de l'azote, des gaz de recyclage et leurs mélanges.

La variation de vitesse du mélange qui traverse les chambres de mélange préalable successives assure un mélange intime des courants d'alimentation avant leur

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échappement du brûleur. Le mélange à plusieurs phases traverse par exemple un orifice de -sortie convergent situé à l'extrémité aval du conduit central et/ou un passage annulaire, à une vitesse d'échappement qui est supérieure à la vitesse de propagation des flammes. On peut prévoir des moyens de réglage manuel ou automatique pour régler le débit des courants de combustibles et de produits oxydants qui circulent dans le brûleur, dans un sens ou dans l'autre, de façon à obtenir de nombreuses valeurs du débit du générateur de gaz tout en conservant un bon rendement

et une bonne stabilité.

L'amorçage du générateur de gaz partiellemrent oxydés se trouve simplifiée par un nouveau processus

faisant appel uniquement au brûleur selon l'invention.

Il n'y -a donc plus à prévoir des brûleurs distincts

de chauffage préalable.

Une autre forme de réalisation consiste en un brûleur à tourbillons permettant des mélanges

préalables et/ou assurant une forte diminution de débit.

A l'aide d'un tel brûleur, on peut mélanger intimement des courants tourbillonnaires distincts de manière à obtenir un mélange à plusieurs phases destiné à réagir dans un générateur de gaz partiellement oxydés, ce-\ brûleur étant constitué par les élements suivants: un faisceau central de tubes en hélice ouverts à leurs extrémités, dont l'axe longitudinal est coaxial à l'axe longitudinal du brûleur et consiste en une série

de tubes hélicoïdaux présentant des entrées qui com-

muniquent avec des moyens d'admission amont à l'aide desquels un premier courant de produits destinés à réagir peut être introduit, puis divisé-en une série de courants distincts qui--descendent le long de ce faisceau central de tubes hélicoïdaux et qui sont ensuite chassés par les extrémités aval desdits tubes

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un premier conduit cylindrique qui entoure ledit fais-

ceau central de tubes hélicoïdaux et qui lui est coaxial, ledit premier conduit étant fermé au voisinage de l'extrémité amont de manière que les entrées de ladite série de tubes hélicoïdaux puissent traverser cette extrémité et constituer un joint étanche au gaz, ce premier conduit comportant une sortie aval réelle circulaire non obstruée, à l'extrémité du brûleur, des moyens amont d'admission qui communiquent avec ledit premier conduit et par lesquels un second courant de produits de réaction peut être introduit séparément pour se diviser ensuite en une série de courants tourbillonnaires qui peuvent descendre le long d'une série de passages hélicoïdaux correspondants pratiqués dans l'espace cylindrique qui entoure ledit faisceau central de tubes hélicoïdaux et/ou qui peuvent passer par les interstices éventuellement prévus entre ces tubes hélicoïdaux, et des moyens servant à fixer ledit faisceau central de tubes hélicoïdaux audit premier conduit et les uns aux autres, la disposition étant telle que les extrémités aval dudit faisceau central de tubes hélicoïdaux sont en retrait en amont de la face aval du brOleur, à une distance comprise entre deux ou plusieurs fois (par exemple entre 3 et 10 fois) le diamètre minimum de ladite sortie aval du premier

conduit, lesdits premier et second courants tourbil-

lonnaires de produits de réaction se heurtant l'un

à l'autre en formant ainsi un mélange intime.

Lorsque les deux courants tourbillonnaires de produits de réaction se heurtent l'un à l'autre, soit en amont dans une zone de mélange préalable, soit en aval de la face du brûleur, il peut se produire un mélange intime et une pulvérisation. Le rendement

de la combustion de ce brûleur se trouve ainsi amélioré.

Suivant une autre forme de réalisation, le

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brûleur comprend un faisceau annulaire de tubes hélicol-

daux entourant coaxialement ledit premier conduit et une série de passages annulaires correspondants formés dans l'espace annulaire occupé par ledit faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux. De la sorte, on peut facilement renverser le sens de circulation dans le brûleur. C'est ainsi par exemple que l'on peut faire fonctionner le brûleur en faisant circuler le premier et le second courants d'alimentation dans le faisceau

central de tubes hélicoïdaux et les passages corres-

pondants qui les entourent et/ou en faisant passer le second et le troisième courants d'alimentation dans le faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux et dans

les passages correspondants qui les entourent.

Si l'on a recours à une zone de mélange préa-

lable, les produits de réaction se mélangent intimement et, simultanément, de 0 à 100 % en volume (par exemple 2 à 80 %) du support ou véhicule liquide peuvent se vaporiser. Suivant une forme de réalisation, le mélange sortant d'une chambre de mélange préalable se détend dans la chambre de mélange préalable suivante de la

série, comme expliqué plus haut.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront mieux de la description qui va

suivre, faite en regard des dessins annexés, et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif, plusieurs

formes de réalisation.

Sur ces dessins, - la figure I représente l'ensemble du brûleur selon l'invention; - la figure 2 est une coupe longitudinale schématique de l'extrémité aval du brûleur, faite suivant la ligne A-A de la figure 1 et correspondant à une première forme de réalisation de ce brûleur; - la figure 3 représente une variante de

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l'orifice extrême de sortie situé à l'extrémité aval du conduit extérieur coaxial 16 de la figure 2 - la figure 4 représente une autre variante de l'extrémité aval du conduit extérieur 16 de la figure 2, dont l'orifice de sortie est en un matériau résistant à l'érosion par exemple au carbure de silicium ou en carbure de tungstène; - la figure 5 est une coupe longitudinale schématique de l'extrémité aval du brûleur, faite suivant la ligne A-A de la figure 1, représentant une autre forme de réalisation du brûleur présentant un seul passage annulaire 17 et selon laquelle la zone de mélange préalable se compose de deux chambres coaxiales d'écoulement libre, disposées en série - la figure 6 est une coupe longitudinale schématique de l'extrémité aval du brûleur, faite suivant la ligne A-A de la figure 1, représentant une autre forme de réalisation du brûleur comportant deux passages annulaires 17 et 51 et selon laquelle la zone de mélange préalable consiste en trois chambres coaxiales de mélange préalable à écoulement libre, disposées en série; - la figure 7 est une coupe schématique,

longitudinale et verticale, d'une autre forme de réa-

lisation du brûleur selon l'invention; - la figure 8 est une coupe transversale

faite suivant la ligne 8 - 8 de la forme de réalisa-

tion du brûleur représenté sur la figure 7;

- la figure 9 est une représentation schéma-

tique d'une forme de réalisation de l'invention com-

portant des moyens de commande qui permettent de modifier rapidement les débits dans un sens ou dans l'autre;

- la figure 10 est une représentation schéma-

tique, dans la direction longitudinale et verticale,

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d'une autre forme de réalisation du brûleur, comportant deux chambres de mélange préalable, l'une centrale et l'autre annulaire, disposées en série et un faisceau central et un faisceau annulaire de tubes dont les extrémités sont en retrait en amont de la face du brûleur; - la figure 11 est une coupe longitudinale schématique faite dans une autre forme de réalisation du brûleur selon l'invention, consistant en un brûleur à tourbillons comportant un faisceau central de tubes hélicoïdaux dont les extrémités sont en retrait de manière à laisser une chambre de mélange préalable - la figure 12 représente une variante de la sortie aval du conduit 16 de la figure Il; et,

- la figure 13 est une représentation schéma-

tique, dans la direction verticale et longitudinale d'une autre forme de réalisation du brûleur selon l'invention assurant une forte diminution du débit, selon laquelle un faisceau central et un faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux dont les extrémités aval sont en retrait de manière à laisser deux chambres de mélange, l'une centrale et l'autre annulaire,

disposées en série.

L'invention vise un brûleur d'un type nouveau destiné à la fabrication de mélanges gazeux comprenant de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone, du gaz carbonique et au moins l'un des corps suivants: H20, N2, A, CH4, H 5 et COS comme par exemple des gaz de synthèse, des gaz combustibles et des gaz réducteurs, par oxydation partielle d'un courant de réactifs, choisi parmi les produits suivants: une boue susceptible d'être pompée de combustibles carbonés à l'état solide dans un support ou véhicule liquide, un combustible constitué par des hydrocarbures à l'état liquide ou gazeux et leurs mélanges, sans ou avec adjonction d'un modérateur il 2473683 de température, avec un courant réactionnel de gaz renfermant de l'oxygène libre avec ou sans adjonction d'un modérateur de température. Le mélange gazeux se forme dans la zone réactionnelle d'un générateur de gaz partiellement oxydés, non catalytique, revêtu d'un corps réfractaire et à écoulement libre, par exemple le générateur décrit dans le brevet des E. U. A. n0 2 809 104 au nom du demandeur, à une température comprise entre environ 930 et 1 9301C et sous une pression comprise entre environ 1 et 300 bars entre par exemple 5 et 250 bars et, mieux encore

et 100 bars.

Il y a un risque d'instabilité de ia combustion et de mauvais rendement si l'on utilise les brûleurs de la technique antérieure dont la face se trouve au ras de l'ajutage, pour la gazéification des boues en phases liquides de combusibles carbonés solides. C'est ainsi par exemple, que dans les temps compris entre le moment du démarrage et 10 heures après le démarrage, il peut se produire, avec une boue de charbon et d'eau, les changements suivants dans le fonctionnement du générateur: (1) la température repérée à la partie supérieure de la zone réactionnelle risque de monter rapidement alors que la température à la partie inférieure peut ne changer que faiblement ou même pas du tout (2) le taux de gaz risque de diminuer; en même temps, la teneur en gaz carbonique du gaz peut augmenter (3) la dimension des particules et la quantité de

matériaux solides non transformés risquent d'augmenter.

Il peut arriver qu'il ne soit possible de corriger

une telle élévation de température de la zone réaction-

nelle, ou les autres variations indiquées plus haut, en diminuant le taux d'oxydation ou en augmentant le débit de boue. En outre, il se peut que de telles variations se produisent plus rapidement sous des

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pressions plus élevées. Les inconvénients indiqués plus haut peuvent être l'indication d'un mauvais mélange des produits d'alimentation. De plus, une certaine partie du charbon risque de traverser le générateur de gaz sans se trouver au contact de quantités impor- tantes d'oxygène et il se peut que le charbon ne soit que dévolatilisé et fondu. Dans de tels cas, l'oxygène qui n'a pas servi dans la zone réactionnelle

risque de réagir avec le gaz obtenu.

On remédie à ces inconvénients en utilisant un brûleur selon l'invention dans lequel deux ou trois courants d'alimentation destinés à l'alimentation de la zone réactionnelle d'un générateur de gaz partiellement oxydés à écoulement libre se mélangent entre eux sans provoquer d'allumage dans une zone interne de mélange préalable, éventuellement, subissent un chauffage préalable qui a pour effet de vaporiser une proportion comprise entre O et 100 % en volume du support ou véhicule liquide du courant d'alimentation à l'état de boue. On introduit par exemple une boue de combustible carboné à l'état solide et d'eau dans le brûleur en phase liquide. Cette boue s'y mélange avec un courant distinct de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre et, éventuellement, à un modérateur de température. Les courants d'alimentation se mélangent entre eux dans une zone de mélange préalable située à l'intérieur du brûleur en amont de l'ajutage de sortie. Eventuellement, la boue d'alimentation peut en mgme temps être chauffée dans cette zone de mélange préalable du brûleur par échange de chaleur directe avec des autres courants d'alimentation et/ou échange de chaleur indirecte avec une fraction des gaz de combustion qui sont remis en circulation à l'extérieur du brûleur. De la sorte, une proportion comprise entre

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0 et 100 % en volume (par exemple entre environ 2 et 80% et mieux, entre 5 et 25 %) du support liquide de la boue d'alimentation peut être vaporisée avant que le mélange à plusieurs phases des produits de réaction ne quitte la zone de mélange préalable par un ajutage de sortie convergent à l'extrémité aval du brûleur et ne pénètre directement dans la zone réactionnelle

du générateur de gaz partiellement oxydés.

Parmi les formes de réalisation possibles du brûleur selon l'invention, on peut mentionner les brûleurs à un seul anneau et les brûleurs à double anneaux comportant une ou plusieurs (par exemple 2 à 5) chambres de mélange préalable cylindriques, coaxiales entre elles et disposées en série. Suivant une forme de réalisation, le mélange qui quitte l'unedes chambres de mélange préalable se détend dans la chambre de mélange préalable suivante de la série. La variation de vitesse du mélange qui s'écoule dans les chambres de mélange préalable successives assure un mélange intime des courants d'alimentation avant leur sortie du brûleur. Le mélange subit une accélération à la

traversée de l'ajutage de sortie convergent, à l'extré-

mité aval du brûleur, pour pénétrer directement dans la zone réactionnelle du générateur de gaz partiellement

oxydés.

Des boues en phase liquide pouvant être pompées d'une teneur en matières solides comprises entre environ et 75 % en poids (par exemple entre environ 40 et 60%) traversent un passage d'admission du brûleur selon l'invention. La température d'admission de la boue est comprise entre environ la température ambiante et 260'C, mais elle est inférieure à la température de vaporisation du support, ou véhicule liquide sous la pression d'entrée donnée qui est comprise entre environ 5,3 et 315 bars, et mieux entre environ 10,5

et 105 bars.

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Suivant une forme de réalisation, la boue liquide contient une proportion comprise entre environ et 60 % en poids de combustible carboné solide dans

du CO2 liquide.

Suivant une autre forme de réalisation, on utilise un brûleur de mélange préalable à un seul anneau et le courant d'alimentation consiste en une boue constituée par un mélange de matières hydrocarbonées

à l'état liquide et de combustible carboné solide.

- On peut mélanger de l'eau en phase liquide dans une proportion comprise entre environ 5 et 95 % en poids avec le support hydrocarbure liquide, par exemple sous la forme d'une émulsion. Suivant une variante, on peut introduire une certaine fraction d'eau, par exemple entre 0 et 25 % en volume, à l'état de vapeur d'eau en mélange avec le gaz renfermant de l'oxygène libre. Dans toutes les formes de réalisation des brûleurs selon l'invention à un seul conduit central et à plusieurs anneaux en retrait, les extrémités aval du conduit central et des conduits intermédiaires sont en retrait en amont de la face du brûleur, à une distance qui est, respectivement, égale à deux ou plusieurs fois (par exemple comprise entre 3 et 10 fois) le diamètre minimum de l'orifice convergent du conduit extérieur au droit de l'extrémité du brûleur, en ce qui concerne l'extrémité du conduit central et entre 0 et'12 fois (par exemple entre 1 et 5 fois) ce diamètre minimum, en ce qui concerne l'extrémité du conduit

intermédiaire. Suivant une forme de réalisation, l'ex-

trémité du conduit intermédiaire est plus en retrait

que l'extrémité du conduit central.

Ce retrait laisse un espace libre destiné à constituer une zone de mélange préalable. Cette zone comprend une ou plusieurs (par exemple 2 à 5) chambres

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de mélange préalable, coaxiales les unes aux autres et

disposées en série. Lorsque l'on fait appel à un com-

plément de vapeur d'eau pour jouer le rôle de modérateur de température, on peut faire passer la totalité de cette vapeur d'eau par un seul et même passage. Suivant une variante, on peut mélanger une proportion comprise entre environ O et 25 % en volume de la vapeur d'eau à la vapeur d'eau du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre et la faire passer par un unique passage, le restant de la vapeur d'eau pouvant passer par le

passage restant.

Les brûleurs de mélange préalable selon l'in-

vention à un unique anneau et à plusieurs anheaux

peuvent être mis en action avec les courants d'alimen-

tation qui traversent des passages du brûleur pris

de deux en deux. Des modes de fonctionnement caracté-

ristiques sont résumés aux tableaux I à III donnés ci-après. Le tableau I donne la liste des matériaux introduits dans le générateur de gaz par l'intermédiaire du brûleur, avec les symboles correspondants. Le combustible carboné (B) à l'état solide, l'eau (C) et la matière hydrocarbonée (E) à l'état liquide peuvent se mélanger suivant diverses combinaisons en amont de l'entrée du brûleur de manière à fournir une boue pouvant pompée, qui peut être introduite dans le brûleur puis passée par l'un des divers passages à écoulement libre du brûleur, comme indiqué au tableau II dans le cas du brûleur de mélange préalable à un seul anneau (figures 2 et 5), et comme indiqué au tableau III, pour le brûleur de mélange préalable à deux anneaux (figure 6). C'est ainsi par exemple que la première ligne du tableau II indique qu'un courant de boue

pouvant être pompée constituée par un combustible car- boné (B) à l'état solide mélangé à de l'eau (C) peut

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passer par le conduit central 15 en retrait d'un brûleur de mélange préalable à un seul anneau (figures 2 et 5), tandis que simultanément un courant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre peut traverser le passage annulaire 17. On peut envisager des modes de fonctionnement des brûleurs selon l'invention autres que ceux qui

sont indiqués aux tableaux II et III.

En ce qui concerne le fonctionnement d'un brûleur selon l'invention à deux anneaux, la seconde ligne du tableau III indique que le gaz (A) renfermant l'oxygène à l'état libre peut passer par les deux passages annulaires. Dans un tel cas, l'un quelconque des éléments du groupe suivant peut'passer par un seul des passages annulaires 17 et 51 ou simultanément par les deux: air, air enrichi d'oxygène et oxygène pratiquement pure. De même, comme indiqué à la septième ligne du tableau III, le gaz (A) contenant de l'oxygène à l'état libre mélangé à de la vapeur d'eau (D) (par exemple jusqu'à 25 % en volume de la quantité totale d'eau), passé par le conduit central 15, le restant de l'eau à l'état liquide (C) pouvant passé par l'anneau intermédiaire 17 et constitué une partie

du support ou véhicule liquide de la boue. -

Dans le caso un support liquide de la boue

de combustible carboné solide est une matière hydro-

carbonée à l'état.l-quide, on peut éviter une combustion prématurée dans le brûleur par l'un des moyens suivants (1) maintien du combustible à une température inférieuieà la température d'auto-allumage (2) adjonction d'eau à la boue de combustible solide;

(3) utilisation d'air ou d'air enrichi d'oxy-

gène, par exemple dans une proportion pouvant atteindre environ 40 % d'oxygène en volume

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(4) adjonction de vapeurd'eau, d'air ou d'oxygène (5) utilisation d'un brûleur de mélange préalable à deux anneaux (figure 6), dans lequel l'extrémité de l'ajutage intermédiaire de sortie n'est pratiquement pas en retrait par rapport à la face du brûleur. Dans ce cas, le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre (et mieux, de l'oxygène pur) peut passer séparément par le passage annulaire extérieur du brûleur puis pénétrer dans la zone réactionnelle du générateur de gaz, dans laquelle il réagit, par oxydation partielle, avec le mélange à plusieurs phases qui sort de la zone de mélange préalable du brûleur; et, (6) expulsion du mélange à plusieurs phases par l'orifice de sortie située à l'extrémité du brûleur, à une vitesse supérieure à la vitesse de

propagation des flammes.

TABLEAU I

Matériaux Symboles Gaz renfermant de l'oxygène A à l'état libre Combustible carboné à l'état solide B Eau C Vapeur d'eau D Substance hydrocarbure à l'état liquide E Gaz de modération dB la température

TABLEAU II

eur de mélanqe préalable à un seul anneau (voir ires 2 et 5)

luit central 15 Anneau 17 -

C A

C+ E A

E A + D

B+ C

B + C + E

D B+ E

Brûleur de mélanqe figure 6) Conduit central 15 A B+C B+C A A D A + D

B + C + E

A A + D A +D A D B+E B+E B+E B+ E

TABLEAU III

préalable à deux anneaux (voir

Anneau inter-

médiaire 17 B + C A A B B B B

+.C + E

+ C + E

A D A B +E B+ E B+ E 9+E A + D A D A Anneau extérieur 51 A A F A A + D A A A A D A +D A A +D A A +D A +D A D Brûl fiqu Cond B + B + B + A A A + (suite du tableau III)

A B + E F

B + C A E

A B + C E

E B + C A

B + C E A

Avec d'autres formes de réalisation du brûleur selon l'invention, on peut, en plus, remédier aux inconvénients suivants qui peuvent se produire en cours de fonctionnement: Au cours du fonctionnement d'un générateur

de gaz partiellement oxydés, il peut se révéler néces-

saire da ramener rapidement la production de gaz effluent

aux environs de 1/E à 3/4 du débit prévu pour l'instal-

lation sans avoir à changer de brûleur, le changement de brûleur imposant une période d'immobilisation coûteuse et, par suite, un retard. Par suite, en vue d'un fonctionnement à cycles combinés pour la génération de puissance, il est nécessaire de disposer d'un brûleur durable garantissant une baisse de pression très faible et permettant de faire varier rapidement les valeurs du débit (dans un sens ou dans l'autre) sans que la stabilité du fonctionnement et le rendement en souffrent. De plus, le brûleur doit pouvoir fonctionner avec toute une série de combustibles liquides, solides et gazeux ou de mélanges de tels combustibles. Le

brûleur selon l'invention satisfait à ces conditions.

On peut remédier aux inconvénients que l'on vient de citer, grâce à la forme de réalisation suivante du brûleur selon l'invention comportant: un conduit central, ce conduit étant fermé à l'extrémité amont et présentant, en aval, un orifice circulaire de sortie non obstrué, situé à l'extrémité de ce brûleur un conduit extérieur, coaxial à ce conduit central sur toute la longueur de celui-ci, avec lequel il délimite un passage de forme annulaire, ce passage étant fermé à l'extrémité amont et présentant, en aval,

un orifice annulaire de sortie non obstrué, à l'extré-

mité de ce brûleur; un faisceau central de tubes répartis de façon symétrique et passant par l'extrémité fermée dudit conduit central de façon parfaitement étanche au gaz, les tubes de ce faisceau central étant parallèles entre eux et à l'axe géométrique du brûleur et étant disposés le long de te conduit central sans se toucher, tout en comportant, en amont, un moyen d'admission servant à l'introduction d'un premier courant d'alimentation et des extrémités aval par lesquelles ce premier courant d'alimentation peut s'échapper, des moyens permettant de maintenir les tubes de ce faisceau central à une certaine distance de la paroi intérieure du conduit central et également à une certaine distance les uns des autres, et un moyen amont d'admission permettant d'introduire un second courant d'alimentation dans ledit conduit central et dans les interstices entre les tubes parallèles du faisceau central; un faisceau annulaire de tubes répartis de façon symétrique, passant par l'extrémité fermée dudit passage annulaire de façon parfaitement étanche au gaz, les tubes dudit faisceau annulaire étant parallèles les uns aux autres ainsi qu'à l'axe géométrique du brûleur et étant disposés le long desdits passages annulaires sans se toucher, tout en

comportant un moyen amont d'admission permettant d'in-

troduire un troisième courant d'alimentation dans les-

dits tubes-et des extrémités aval par lesquelles peut s'échapper le troisième courant d'alimentation, les extrémités aval de ce faisceau annulaire de tubes étant en retrait en amont de la face du brûleur, à une distance comprise entre-environ 0 et 12 fois la largeur minimale de l'orifice annulaire de sortie situé à l'extrémité de ce brûleur; des moyens servant à maintenir ces tubes du faisceau annulaire à une certaine distance de la paroi intérieure dudit passage annulaire à une certaine distance les uns des autres; et un moyen amont d'admission permettant d'introduire un quatrième courant d'alimentation dans ledit passage

annulaire et dans les interstices entre les tubes paral-

lèles du faisceau annulaire dudit passage annulaire.

Grâce à ces formes de réalisation, un volume important du premier courant de produits de réaction se divise en une série de courants distincts de fluides réactionnels qui s'écoulent par des tubes parallèles du faisceau central. Cela permet d'introduire le second courant de produits réactionnels passant en même temps dans le conduit central, dans les interstices qui entourent le faisceau central des tubes. De même, un volume important du troisième courant réactionnel se divise en une série de courants distincts de fluides

réactionnels passant par les tubes parallèles du fais-

ceau annulaire. Le quatrième courant de produits de réaction passant en même temps par le passage annulaire est introduit dans les interstices qui entourent le

faisceau annulaire des tubes. Plus de faisceaux compor-

tent de tubes, meilleure est la répartition d'un produit de réaction dans l'autre produit de réaction. Une telle répartition améliorée facilite le mélange du courant réactionnel qui s'effectue en aval des extrémités des tubes. Un tel mélange efficace du courant d'alimentation permet d'obtenir une oxydation partielle plus régulière du combustible pour l'obtention d'hydrogène et d'oxyde de carbone. Le rendement de la combustion dans ce

procédé se trouve ainsi amélioré.

En outre, on peut remédier aux inconvénients indiqués plus haut grâce à une autre forme de réalisation du brûleur selon l'invention, cette nouvelle forme de

22 2473683

réalisation consistant en un brûleur à tourbillons constitué par les éléments suivants: un premier conduit de forme cylindrique est fermé à l'extrémité amont et il comporte un orifice circulaire de sortie non obstrué, à l'extrémité aval de ce brûleur. Un faisceau central de tubes hélicoïdaux à extrémités ouvertes descend le long de ce premier conduit. De

préférence, la partie amont d'entrée de chaque ser-

pentin dudit faisceau central de tubes hélicoïdaux traverse à angle droit une t8le disposée au-dessous de l'extrémité fermée du premier conduit, de façon parfaitement étanche aux gaz. Les extrémités ouvertes

amont du faisceau central de tubes hélicoïdaux com-

muniquent avec une chambre, par exemple un collecteur cylindrique, par laquelle arrive un premier courant d'alimentation. De la sorte, ce premier courant d'alimentation de produits de réaction peut se diviser en une série de courants distincts qui descenrdent dans les divers tubes hélicoïdaux de ce faisceau central puis sortent sous la forme d'une série de

courants tourbillonna-ires.

Les divers serpentins du faisceau central des tubes hélicoïdaux sont logés dans le premier conduit et éventuellement, maintenus à une certaine

distance l'un de l'autre au moyen de pièces d'écarte-

ment de type connu. On peut ainsi obtenir une- série de passages hélicoïdaux à écoulement libre dans l'espace cylindrique occupé par le faisceau central de tubes hélicoïdaux. Un second courant d'alimentation arrive au voisinage de l'extrémité amont du premier conduit il se divise en plusieurs courants tout en descendant le long de ces passages hélicoïdaux ou pénétre dans

les interstices entre les divers tubes hélicoïdaux, -

puis il se déverse sous la forme d'une série de courants tourbillonnaires ou turbulents. Les divers premiers et

23 2473683

seconds courants d'alimentation se heurtent soit en aval de la face du brûleur, soit dans une zone de mélange préalable en amont de la face du brûleur, o

se produit un mélange intime et une pulvérisation.

L'axe du faisceau central de tubes hélicoïdaux est confondu avec l'axe longitudinal du brûleur et ce faisceau central est constitué par au moins un anneau et, dans le cas de gros brûleurs, par une série d'anneaux concentriques régulièrement répartis formés de plusieurs spires de même axe disposées suivant la surface d'un cylindre. Les entrées et les sorties de ces séries de serpentins du faisceau central sont avantageusement situées aux intersections d'une et

de préférence, d'une série de rangées radiales réguliè-

rement espacées avec ledit ou lesdits anneaux concen-

triques. Les surfaces des spires d'anneaux concentriques voisins peuvent se toucher ou non. Lorsqu'elles se touchent, au moins une fraction du second courant d'alimenta-ion en produits de réaction peut s'écouler par ladite série de passages hélicoïdaux formés dans le premier conduit par les faces extérieures en forme

d'hélice dudit faisceau central de tubes hélicoïdaux.

* Si l'on sépare les spires d'anneaux voisins, une plus grande partie du second courant d'alimentation peut pénétrer dans les interstices entre les spires dudit faisceau central. On obtient un mélange intime du premier et du second courants d'alimentation avec l'une de ces dispositions ou les deux. De plus, il peut

se produire une pulvérisation.

Suivant une autre forme de réalisation, l.e brûleur tourbillonnaire décrit précédemment est en mesure d'assurer une forte diminution de débit. Dans cette forme de réalisation, un second conduit cylindrique entoure ledit premier conduit cylindrique sur toute sa longueur en lui étant coaxial. Il se forme ainsi

un espace annulaire entre ce premier et ce second con-

duits coaxiaux, cet espace annulaire étant fermé à l'extrémité amont et présentant, en aval un orifice annulaire de sortie, non obstrué, au droit de l'extrémité du brûleur. Un faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux à extrémités ouvertes constitué par une série de serpentins concentriques de même axe occupe cet espace annulaire.- La partie-d'entrée amont de chacun des serpentins de ce faisceau de tubes hélicoïdaux

traverse, de préférence à angle droit, une tale an-

nulaire située au-dessous de l'extrémité fermée dudit espace annulaire, de façon étanche aux gaz. Ves extrémités ouvertes amont du faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux communiquent avec une chambre, par exemple un collecteur de forme annulaire par

lequel pénétre un troisième courant d'alimentation.

De la sorte, ce troisième courant peut se diviser en une série de courants distincts qui descendent le long des divers tubes hélicoïdaux du faisceau annulaire et se déversent sous la forme d'une série

de courants tourbillonnaires.

Les divers serpentins du faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux sont maintenus dans cet espace annulaire, éventuellement à une certaine distance les uns des autres au moyen de pièces d'écartement

de type connu.

Certes, il peut se former une série de passages hélicoïdaux correspondants, dans l'espace annulaire occupé par le faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux. Un quatrième courant d'alimentation arrive au voisinage de l'espace amont formé de ce second

conduit, se divise en plusieurs courants tout en descen-

dant dans lesdits passages hélicoïdaux ou en pénétrant dans les interstices entre les tubes hélicoïdaux et cependant suivant une série de courants tourbillonnaires

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ou turbulents. Les divers troisième et quatrième courants d'alimentation tourbillonnaires se heurtent les uns aux

autres en formant un mélanze intime. En outre, la pulvé-

risation peut se produire.

L'axe géométrique du faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux est confondu avec l'axe longitudinal central

du brûleur et ce faisceau annulaire comporte, de préfé-

rence, au moins un et, mieux, plusieurs anneaux concentri-

ques régulièrement espacés de serpentins de même axe oc-

cupant ledit espace annulaire. De façon avantageuse, les

entrées et les sorties des serpentins du faisceau annu-

laire sont situées aux interstices de ladite rangée ra-

diale ou desdites rangées radiales régulièrement espacées

et desdits anneaux concentriques régulièrement espacés.

De même que dans le cas étudié plus haut du faisceau central de tubes hélico5daux, les faces des serpentins d'anneaux concentriques voisins peuvent se toucher ou non. Dans le cas o elles se touchent, lesdits passages hélicoïdaux sont constitués dans l'espace annulaire par les faces annulaires extérieures hélicoïdales dudit faisceau ennulaire de tubes hélicoidaux. Dans chacune des formes de réalisation décrites ci- dessus comportant un faisceau central de tubes parallèles en hélice et un faisceau annulaire de tubes parallèles ou en hélice, lesdits premier et troisième courants d'alimentation et lesdits second et quatrième courants d'alimentation sont de préférence respectivement, des courants résultant de la division d'un courant de combustible et d'un courant de gaz oxydants. Toutefois, suivant l'une des formes de réalisation, ce sont les premiers et quatrième courants et les second et troisième courants d'alimentation qui résultent respectivement de la division d'un courant de combustible et d'un courant de gaz oxydants. Dans ces formes de réalisation, on peut prévoir des moyens de réglage d'écoulement destinés à régler l'entrée de ces quatre courants d'alimentation dans le

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brûleur. En gros, un organe de réglage de fluide com-

mandé à la main automatiquement est installé dans chacune des conduites d'alimentation. Pour les conduites de combustible et de certains liquides visqueux à l'état de boue, un signal provenant de l'organe de com- mande est transmis à la commande de vitesse d'une pompe volumétrique foulante. Pour la plupart des conduites d'alimentation en combustible à l'état liquide ou gazeux constitué par des hydrocarbures ainsi que pour les conduites d'alimentation en produits d'oxydation, le signal fourni par l'organe de commande est transmis à une soupape de réglage de débit. Sous l'effet de ce signal, la vitesse de cette pompe varie ou bien c'est l'ouverture de ladite soupape de commande d'écoulement qui change. Il estainsi possible de régler, dans un sens et dans l'autre, le quotient des courants de combustible et/ou de produits oxydants traversant le brûleur, par exemple jusqu'aux environs de 50 % des conditions imposées par les normes. Suivant une variante, on peut introduire une soupape de réglage

d'écoulement dans chacun des quatre courants d'alimen-

tation pour amorcer ou arrêter les courants d'alimen-

tation qui se dirigent vers le conduit central et/ou le passage annulaire et vers les faisceaux de tubes correspondants. On peut de la sorte obtenir dans le brûleur trois gammes d'écoulement. En outre, on peut combiner ces modes d'écoulement de manière à faire varier le débit de chaque courant d'alimentation entre

1/8 et 3/4 de la valeur maxima.

Dans le cas des formes de réalisation faisant appel à des tubes hélicoïdaux, le nombre des tubes hélicoldaux du faisceaux central peut être compris entre environ 1 et 200 ou davantage, par exemple

entre 2 et 180, à savoir environ 4 à 48 serpentins.

Le nombre des tubes hélicoïdaux du faisceau annulaire peut être compris entre environ 1 et 600 ou davantage,

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par exemple entre 2 et 580, à savoir environ de 8 à 96 serpentins. On peut prévoir de 1 à 7 anneaux circulaires concentriques, ou davantage, de tubes hélicoïdaux dans

le faisceau central et/ou dans le faisceau annulaire.

Tous les serpentins du faisceau central, du faisceau annulaire ou des deux ont le même sens de torsion, soit le sens de rotation des aiguilles d'une montre, soit le sens opposé. Toutefois, selon une forme de réalisation, tous les serpentins du faisceau central de tubes hélicoïdaux ont une torsion d'un certain sens (sens de rotation des aiguilles d'une montre ou sens opposé), tandis que tous les serpentins du faisceau annulaire ont une torsion de sens opposé à celui des

serpentins du faisceau central.

D'une façon générale, dans le cas de brûleurs de grandes dimensions, plus il y a de tubes dans un faisceau, meilleure est la répartition de l'un des produits de réaction dans l'autre. Le mélange des courants de produits de réaction qui s'effectue en aval des extrémités des tubes se trouve facilité par cette meilleure répartition. Un tel mélange efficace des courants d'alimentation permet d'avoir une oxydation partielle plus régulière du combustible en vue de l'obtention d'hydrogène et d'oxyde carbonique. Le rendement de la combustion dans ce procédé se trouve donc amélioré. Selon une forme de réalisation, dans le cas d'un brûleur de petites dimensions, on remplace le faisceau central et/ou le faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux par un unique serpentin central

et/ou un unique serpentin annulaire.

Avec le brûleur selon l'invention, les courants de produits de réaction se heurtent et se mélangent

intimement de manière à donner un mélange tourbillon-

naire dans lequel se produit une oxydation partielle dans la zone de réaction du générateur de gaz. On

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provoque les réactions dans des endroits o il y a moins de risque de provoquer une combustion exagérée du combustible avec une alimentation suffisante d'oxygène avec pour conséquence la formation de suie. On peut ainsi réduire de façon appréciable la quantité de carbone à l'état de particules non transformées produites pour un quotient oxygène/carbone atomique donné dans le courant d'alimentation. En outre, le risque d'une "combustion trop forte" du combustible conduisant à la formation d'oxyde de carbone se trouve nettement diminué. Toutefois, il convient que le brûleur selon l'invention soit réalisé à partir d'alliages métalliques résistants à la chaleur et

à la corrosion.

La vitesse du courant de produits de réaction dans le faisceau central et le faisceau annulaire de tubes', que ces tubes soient parallèles ou hélicoïdaux ou encore dans le conduit central ou dans le conduit annulaire entourant ces tubes, est comprise entre environ 1,5 et 30 m, et mieux, entre 3 et 15 m par seconde au droit de la face du brûleur si ledit courant de produits de réaction est un combustible constitué par des hydrocarbures à l'état liquide ou une boue liquide de combustible carboné solide, et entre environ 45 m par seconde et la célérité du son, et mieux entre et 150 m par seconde si ledit courant de produits de réaction es't un combustible constitué par des hydrocarbures à l'état gazeux ou un gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, avec ou sans adjonction

d'un modérateur de température.

Le nombre des tubes du faisceau central, dans les formes de réalisation faisant appel à des tubes parallèles, peut 9tre compris entre environ 2 et 200 et, mieux, entre environ 6 et 36. Quant au nombre des tubes du faisceau annulaire il peut être

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compris entre environ 4 et 600 et, mieux, entre environ 12 et 108. On peut prévoir de 1 à 7 anneaux concentriques

de tubes, ou davantage, dans chacun des faisceaux.

Le quotient de la surface totale de la section transversale des tubes (sur la base du diamètre inté- rieur) du faisceau annulaire (TA) (qu'il s'agisse de tubes parallèles ou de tubes hélicoïdaux) par la surface totale de la section transversale des tubes (sur la base du diamètre intérieur) du faisceau central

de tubes (Te) peut être compris entre environ 2 et 8.

De même, le quotient de la surface totale de la section transversale des interstices (IA) entourant le faisceau annulaire de tubes, par la surface de la section transversale des interstices centraux (I) entourant le faisceau central de tubes peut être compris entre

environ 2 et 8.

Le diamètre intérieur des tubes parallèles de chacun des faisceaux peut être compris entre environ 1,5 et 50 mm. On donne aux tubes du faisceau central et du faisceau annulaire une longueur et un écartement tels que le courant extérieur de produits de réaction puisse pénétrer de façon régulière dans les interstices entre les tubes. C'est ainsi par exemple que la longueur des tubes de chacun des faisceaux peut être comprise entre environ 12 et 580 mm, ou davantage, et, mieux, entre 10 cm et 25 cm, la longueur nécessaire étant d'autant plus grande que le nombre de tubes est plus grand et que l'ensemble du brûleur est plus volumineux. Il convient que le quotient de la longueur

des tubes par leur diamètre intérieur soit d'au moins 8.

De préférence, tous les tubes du faisceau central ou du faisceau annulaire doivent avoir le même diamètre intérieur et la même longueur. On peut de la sorte

avoir des débits égaux dans tous les tubes.

Le diamètre intérieur des tubes hélicoidaux du faisceau

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central et/ou du faisceau annulaire peut être compris entre environ 1,5 et 50 mm ou davantage. On détermine la hauteur, l'écartement et le pas des divers serpentins du faisceau central et du faisceau annulaire de tubes de manière à conférer aux courants d'alimentation correspondants le mouvement tourbillonnaire désiré et/ou à permettre au courant extérieur de produits de

réaction de s'écouler de façon régulière par les inters-.

tices entre les tubes. C'est ainsi par exemple que la hauteur globale des serpentins de chacun des tubes peut être comprise entre environ 25 et 870 mm ou davantage, et mieux, entre 100 et 290-mm. Il peut être nécessaire de prévoir des hauteurs plus grandes si le ndmbre des tubes et le volume global du brûleur augmentent. Il est préférable que tous les tubes du faisceau central et/ou

du faisceau annulaire aient le même diamètre intérieur.

Cela permet d'obtenir le même débit pour tous les tubes.

Des axes d'alignement, des ailettes, des aubes de centrage, des pièces d'écartement et autres moyens connus sont utilisés pour disposer symétriquement les tubes et les conduites les uns par rapport aux autres et pour les maintenir bien alignés sans gêner l'écoulement

des courants d'alimentation dans des zones des intersti-

ces annulaires et des interstices centraux.

Les extrémités aval de sortie des divers faisceaux annulaires et des divers faisceaux centraux de tubes

(qu'ils soient -parallèles ou hélicoïdaux) sont de préfé-

rence en coupe circulaire et aboutissent au même plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du brûleur. Les

extrémités du faisceau central et également dans certai-

nes formes de réalisation, du faisceau annulaire de tubes sont en retrait en amont de la face du brûleur de manière à assurer un bon mélange des produits de réaction et la volatilisation du milieu à l'état de boue avant leur

sortie.

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L'orifice de sortie du conduit central et/ou l'orifice de sortie du conduit annulaire peuvent avoir des sections de forme convergente. C'est ainsi par exemple que l'orifice de sortie du conduit central peut présenter une partie arrière de forme tronconique dont l'angle de convergence par rapport à l'axe longitudinal du brûleur est compris entre environ et 90'. La partie arrière peut se continuer par une partie avant ayant une forme cylindrique ou une forme tronconique divergente (le demiangle au sommet du tronc de c6ne étant par exemple compris entre environ et 90 ), cette partie avant se terminant au droit de la face aval du brûleur. La hauteur de cette partie avant, si elle est cylindrique, peut être comprise entre environ 0 et 1,5 fois la valeur du diamètre de cette partie avant. De rême, ledit orifice annulaire de sortie peut comporter une partie arrière annulaire de forme tronconique convergente, faisant un angle compris entre environ 15 et 90 avec l'axe géométrique central de la partie tronconique, ledit axe central

étant parallèle à l'axe longitudinal central du brûleur.

La partie arrière peut se continuer par une partie avant de forme cylindrique ou de forme tronconique divergente (le demi-angle au sommet du tronc de cône étant compris par exemple entre environ 15 et 90'), cette partie annulaire avant se terminant au droit de la face aval du brûleur. La partie avant, si elle est cylindrique, peut avoir une hauteur comprise entre

environ 0 et 1,5 fois la valeur de sa largeur.

Suivant une forme de réalisation, l'orifice de sortie du conduit centrai et/ou l'orifice de sortie du conduit annulaire sont constitués par un ajutage de grand rayon répondant aux normes de l'American Society of Mechanical Engineer's, ou en ont la forme.

On trouvera une description détaillée de cet ajutage

dans l'ouvrage "Thermodynamics Fluid Flow and Heat Transmission", de Huber 0. Croft, page 155, première édition, 1938, édité par la société McGraw-Hill

Book Company.

On peut refroidir l'extérieur du brûleur à l'aide de serpentins de refroidissement entourant

la fût extérieur de ce brûleur sur toute sa longueur.

-10 L'extrémité aval du brûleur peut comporter une plaque

évidée dans laquelle on fait circuler un réfrigérant.

C'est ainsi par exemple que l'on peut prévoir une chambre de refroidissement de forme annulaire entourant l'orifice de sortie du conduit annulaire et/ou l'orifice

de sortie du conduit central. La chambre de refroidis-

sement, l'orifice de sortie du conduit central et/ou l'orifice de sortie du conduit annulaire peuvent être formés un ensemble d'un seul tenant en un matériau résistant à la chaleur et à l'usure, par exemple en carbure de tungstène ou un carbure de silicium. On peut utiliser n'importe quel réfrigérant approprié,

par exemple de l'eau.

Suivant une forme de réalisation du brûleur.

selon l'invention, plusieurs courants constituant des jets de grande vitesse et sous forte pression de matériaux à l'état gazeux pénétrent dans le conduit central et/ou-dans le passage annulaire en divers-points de leur longueur. On facilite ainsi la pulvérisation

du courant de combustible d'alimentation et, éventuel-

lement, son mélange avec le co, ant de produits oxydants A titre d'exemple, on peut faire passer ce matériau gazeux par une série de passages ou trous de faible diamètre,-par exemple un diamètre compris entre environ 0,8 mm et 12 mm, qui mènent audit conduit

central et/ou audit passage annulaire.

Comme matériaux gazeux on peut choisir l'un des corps suivants: vapeur d'eau, gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, gaz carbonique, azote, gaz combustibles, d'une partie recyclée du gaz obtenu ainsi que des mélanges de ces corps. On peut introduire ce matériau gazeux dans le brûleur à une température comprise entre environ la température ambiante et 816'C, à une vitesse comprise entre environ 30 m à la seconde et la célérité du son. La pression de 1n ce matériau gazeux peut être comprise entre environ ,3 et 315 bars, et cette pression est supérieure à celle des autres courants d'alimentation

qui traversent le brûleur.

La vitesse de sortie du matériau qui sort par l'orifice central de sortie est comprise entre environ 0,5 et 1,5 fois la vitesse de sortie du matériau qui quitte l'orifice de sortie annulaire, et il est préférable qu'elle lui soit égale. Les courants qui sortent par les deux orifices se mélangent l'un à l'autre et la pulvérisation peut avoir lieu

tout de suite en aval de la face du brûleur.

Suivant d'autres formes de réalisation du brûleur selon l'invention, un mélange complémentaire des courants de produits de réaction a lieu dans au moins une chambre de mélange préalable, par exemple dans plusieurs chambres cylindriques coaxiales, au nombre de 2 à 5 (disposées en série dans le conduit central et/ou au moins une chambre de mélange annulaire OLI plusieurs chambres annulaires, au nombre par exemple de 2 à 5) disposées en série dans le passage annulaire s'il y en a un. Dans un tel cas, les extrémités aval du faisceau central de tubes sont en retrait en amont de la face du brûleur, à une distance égale à deux fois ou davantage (par exemple comprise entre environ 3 et 10 fois) le diamètre minimum de l'orifice de sortie

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circulaire et/ou les extrémités aval du faisceau an-

nulaire de tubes sont retrait, en amont de la face du brûleur, à une distance comprise entre 0 et 12 fois par exemple 2 fois ou davantage, et mieux, de 3 à 10 fois, la largeur minima de l'orifice annulaire de sortie. De préférence, les extrémités aval du faisceau central et du faisceau annulaire de tubes sont en retrait en amont de l'entrée de la première chambre de mélange préalable de la série. A titre d'exemple, le retrait des extrémités des tubes par rapport à l'entrée de la première chambre de mélange préalable peut être compris entre environ 0,1 et 2,0 fois le diamètre de cette première chambre de mélange préalable. Suivant une forme de réalisation, chacune des chambres de mélange préalable du conduit central ( à l'exception de la première) est de forme cylindrique et est constituée par une partie principale cylindrique prolongée par une partie de sortie coaxiale à cette partie cylindrique et qui est au moins partiellement convergente. La première chambre cylindrique de mélange préalable du conduit central est constituée

par un corps cylindrique coaxial qui débouche direc-

tement sur la chambre de mélange préalable, de forme

cylindrique, immédiatement suivante de la série.

Chaque chambre de mélange préalable du conduit annulaire (à l'exceptionde la première) est de forme annulaire

et elle est constitutée par un corps annulaire cylin-

drique, prolongé par une partie annulaire de sortie

tronconique et convergente, coaxiale à ce corps.

La première chambre de mélange préalable annulaire comprend un corps cylindrique annulaire qui débouche

directement dans la chambre de mélange préalable an-

nulaire coaxiale qui suit immédiatement. Les parties de sortie convergentes de ces chambres de mélange

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préalable peuvent être en carbure de tungstène ou en carbure de silicium, de manière à avoir une très

bonne résistance à l'usure.

Les dimensions relatives des diverses chambres de mélange préalable successives des brûleurs selon l'invention peuvent s'exprimer de la manière suivante dans le cas de brûleurs dans lesquels les chambres de mélange préalable du conduit central sont au nombre de 1 à 5 et/ou les chambres de mélange préalable du passage annulaire sont au nombre de 6 à 10, le' quotient du diamètre de l'une quelconque desdites chambres centrales au diamètre de la chambre centrale suivante de Ja série, à savoir les rapports 'en D/D2 D2/D3; D3/D4 et D4/D5 peut être compris entre environ 0,2 et 1,2. Le quotient de la longueur de l'une quelconque des chambres de mélange préalable centrales du dit conduit central par la longueur de la chambre de méL ange préalable centrale immédiatement suivante de la série, à savoir L1/L2; L2/L3;

ou L4/L5, peut compris entre environ 0,1 et 1,0.

Le quotient de la largeur de l'une quelconque des chambres de mélange préalable annulaires par la largeur de la chambre annulaire immédiatement suivante de la série, à savoir W6/W7; W7/W8; W/W9 ou W9/W10 peut être compris entre environ 0,1 et 1,2. Le quotient de la longueur de l'une quelconque des chambres de mélange préalable annulaires dudit passage annulaire par la longueur de la chambre de mélange préalable annulaire immédiatement suivante de la série, à savoir L6/L7; L7/LB; La/L9 ou L /L10, peut être compris

entre environ 0,1 et 1,0.

A tous autres points de vue, la conception de cette forme de réalisation du brûleurselon l'invention, y compris les tubes, les passages, les orifices, la plaque à refroidissement d'eau et les

36 2473683

serpentins de refroidissement, les jets de vitesse

élevée sous forte pression d'un matériau gazeux péné-

trant dans ladite chambre centrale de mélange préalable

et/ou dans ladite chambre annulaire de mélange préa-

lable ainsi que les moyens de réglage du débit, est

pratiquement identique à ce qui a été décrit plus haut.

En outre, les gammes de température, de pression et de vitesse des courants de matériaux passant par les divers passages du brûleur sont pratiquement les mêmes

que celles qui ont été étudiées plus haut.

Avec la forme de réalisation du brûleur selon l'invention, comportant les chambres de mélange préalable, on peut faire appel à des moyens de réglage pour régler le débit des quatre courants d'alimentation vers lestubes et les passages du brûleur, d'une manière identique à ce-qui a été décrit plus haut. Les courants d'alimentation qui pénètrent dans le brûleur et qui le traversent simultanément à des vitesses différentes, se heurtent et se mélangent les uns aux

autres dans les premières chambres de mélange préalable.

L'impact de l'un desdits courants de produits de réaction, par exemple la boue liquide de combustible carboné solide dans un milieu liquide (éventuellement avec adjonction d'un modérateur de température) avec un autre courant de produits de réaction, de vitesse plus grande, par exemple avec un courant gazeux d'un gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, éventuellement avec adjonction d'un modérateur de température, fait

éclater cette boue liquide en un jet de particules fines.

Le mélange à plusieurs phases ainsi obtenu traverse ensuite toutes les chambres de mélange préalable qui restent, dans lesquelles le mélange se poursuit. Tandis que le mélange traverse librement le brûleur non obstrué

selon l'invention, sa vitesse change plusieurs fois.

C'est ainsi par exemple qu'en divers points

37 2473683

du brûleur, la vitesse du mélange peut être comprise

entre environ 6 et 180 m/seconde. Au moment, du pas-

sage du mélange de l'une des chambres de mélange préalable dans la chambre suivante, sa variation de vitesse est due essentiellement aux variations de diamètre du trajet et au volume du mélange ainsi qu'à sa température. Cela favorise un mélange intime des constituants, ainsi qu'un mouvement tourbillonnaire si l'on utilise des tubes hélicoïdaux. Si l'on opère dans la région d'écoulement turbulent, on peut augmenter considérablement la qualité du mélange. En outre, un échange de chaleur directe entre les matériaux se produit dans le brûleur. Une proportion comprise entre 0 et 100 % en volume, par exemple entre 5 et 25 % des liquides des courants d'alimentation peut se

vaporiser avant que ces courants ne quittent le brûleur.

Si l'on donne aux orifices de sortie une forme conver-

gente, on peut accélérer directement les courants d'alimentation dans la zone réactionnelle du générateur

de gaz partiellement oxydés.

On peut empêcher les fnaThriaux combustibles d'entrée en combustion au moment de leur passage dans la zone de mélange préalable du brûleur, en donnant aux mélanges à plusieurs phases, dans l'orifice de sortie central, et dans l'orifice de sortie annulaire à l'extrémité du brûleur, une vitesse de sortie

supérieure à la vitesse de propagation des flammes.

Cette dernière est fonction de divers facteurs comme par exemple la composition du mélange, la température et la pression. On peut la calculer par des procédés classiques ou la déterminer expérimentalement. Le quotient de la vitesse de sortie du mélange à plusieurs phases qui s'échappe par l'orifice central de sortie, par la vitesse de sortie du mélange à plusieurs phases qui s'échappe par l'orifice annulaire de sortie,

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peut être compris entre environ 0,5 et 1,5 et par

exemple égal à 1,0.

En fonction de facteurs tels que la tempé-

rature, la vitesse, le temps de repos et la composition des courants d'alimentation, la proportion désirée de vaporisation du support, ou véhicule liquide la température et la quantité de gaz recyclés dans le générateur et la durée d'utilisation que l'on veut assurer au brûleur, on peut éventuellement entourer le fût extérieur du brûleur sur toute sa longueur, par des serpentins de refroidissement. Pour des raisons analogues, le brûleur peut ou non présenter, à son extrémité aval, une chambre de refroidissement de

forme annulaire.

Les mélanges à plusieurs phases qui sortent simultanément par l'orifice central et/ou par l'orifice annulaire au droit de l'extrémité aval du brûleur se mélangent les uns aux autres en aval de la face

de ce brûleur.

Grâce à la conception du brûleur selon l'in-

vention, les réactions exothermiques d'oxydation par-

tielles se produisent en aval de la face du brûleur,

à une distance suffisante pour que la chaleur n'endQom-

mage pas ce dernier.

Les combustibles liquides constitués par des hydrocarbures et/ou les boues pouvant être pompées de combustibles carbonés solides, dont la teneur en matières solides séches est comprise entre environ et 70 % en poids, et, mieux, entre 40 et 70 %, peuvent passer par les passages d'admission du brûleur selon l'invention. C'est ainsi par exemple que les courants de combustible peuvent passer par les tubes

du faisceau central et/ou du faisceau annulaire.

La température d'entrée du combustible liquide constitué par des hydrocarbures ou de la boue est comprise environ

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entre la température ambiante et 26O'C et, mieux,

inférieure à la température de vaporisation de l'hydro-

carbure liquide sous la pression d'admission donnée comprise entre environ 1 et 300 atmosphères, par exemple entre 5 et 250 atmosphères et, mieux entre

environ 10 et 100 atmosphères.

L'expression "combustibles carbonés solides",

utilisée dans la présente description pour indiquer

des produits carbonés-de départ à l'état solide pouvant convenir, englobent les matériaux suivants et leurs mélanges.: le charbon, le coke de charbon, produits de carbonisation du charbon, résidus de la liquéfaction

du charbon, coke de pétrole, suie sous forme de par-

ticules de carbone et matières solides dérivées de l'huile de schiste, sables asphaltés et brai. On peut utiliser n'importe quel type de charbon, aussi bien

de l'anthraciîL que du charbon bitumineux, sous bitu-

mineux ou de la lignite. Le carbone à l'état de par-

ticules peut être le carbone obtenu comme sous-produit du processus d'oxydation partielle ou celui que

l'on obtient en brûlant des combustibles fossiles.

L'expression "combustible carboné solide" englobe également des ordures, des résidus d'installation sanitaire débarassés de leur eau ainsi que des matériaux organiques semi-sôlides, tels que l'asphalte, le caoutchouc et des metériaux analogues y compris tous les pneumatiques d'automobiles que l'on a broyés

ou pulvérisés jusqu'à? la dimension indiquée plus haut.

On peut faire appel à des insolations de broyage de type divers pour donner aux combustibles carbonés

solides, à leurs mélanges la dimension convenable.

De préférence, on broye des combustibles carbonés solides jusqu'à une dimension de particules telles que' la totalité du matériau puisse passer par un filtre à mailles de 1,4 mm correspondant à la norme

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ASTM E 11-70 (appelé encore filtre na 14) et qu'au moins % de ce matériau puisse passer par un filtre à mailles 425 microns répondant à la norme ASTM E 11-70

(appelé encore filtre na 40).

La teneur en humidité des particules de combustible carboné solide est comprise entre environ

0 et 40 % en poids, et par exemple entre 2 et 40 %.

Pour qu'il soit possible d'atteindre ces valeurs,

il faut dans certains cas procéder à un séchage préa-

lable.

L'expression "gaz renfermant de l'oxygène - à l'état libre" celle utilisée dans la présente

description désigne les corps suivants: air, air enrichi

d'oxygène, c'est-à-dire renfermant plus de 21 moles % d'oxygène ainsi que de l'oxygène pratiquement pur, c'est-à-dire renfermant plus de 95 moles % d'oxygène ( le restant étant représenté par de l'azote et des

gaz rares).

En même temps, un courant de gaz renfermant de l'oxygène libre. parvient dans la zone réactionnelle du générateur de gaz par un passage libre pratiqué dans le brûleur, par exemple dans le conduit central et/ou dans le passage annulaire, lorsqu'il y en a un à une température comprise entre la température ambiante et 8160C et, mieux, entre la température ambiante et 1500C, dans le cas de l'air enrichi dtoxygène, et entre environ 260 et 6501C, dans le cas de l'air,

sous une pression comprise entre environ 1 et-300 at-

mosphères et mieux entre 5 et 250 atmosphères, et encore mieux, entre 10 et 100 atmosphères. Le nombre d'atomes d'oxygène-libre plus les atomes d'oxygène combinés dans le combustible carboné solide, pour un atome de carbone de ce combustible carboné solide (rapport oxygène/carbone atomique) peut être compris entre 0,5 et 1,95. Pour le gaz contenant de l'oxygène à l'état libre, la gamme des valeurs de ce rapport oxygàne/carbone atomique dans la zone réactionnelle

peut aller d'environ 0,5 à 1,7 et, mieux, de 0,7 à 1,4.

De façon plus précise, avec une alimentation de la zone réactionnelle par de l'air, ce rapport oxygène/ carbone atomique peut être compris entre environ

0,6 et 1,6, et mieux, entre environ 0,9 et 1,4.

L'expression "modérateur de température"

telle qu'utilisée dans la présente description englobe

l'eau, la vapeur d'eau, le gaz carbonique, l'azote et une fraction recyclée du courant gazeux. On peut ajouter à ce modérateur de température le courant

de combustible et/ou le courant oxydant.

A titre d'exemple, dans une forme de réalisa-

lion, le courant d'alimentation consiste en une boue d'un matériau hydrocarboné liquide et d'un combustible carboné solide. L'eau en phase liquide peut être mélangée au support, ou véhicule hydrocarboné liquide, par exemple sous la forme d'un émulsion. Une fraction de l'eau, à savoir de 0 à 25 %o en poids de la quantité totale d'eau présente, peut être introduite à l'état de vapeur, en mélange avec le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre. Le rapport en poids eau/ combustible peut être compris entre environ 0 et 5 et,

mieux, entre 0,1 et 3.

Le support ou véhicule liquide utilisé dans la présente invention comme milieu de suspension permettant d'obtenir des boues pouvant être pompées de combustibles carbonés solides est constitué par 1_n des matériaux suivants. eau, matériau hydrocarboné à l'état liquide ou mélange des deux. L'eau étant toutefois le support préféré pour les particules de combustibles carbonés solides. Suivant une forme de réalisation, le support, ou véhicule liquide est du C02 liquide. Dans ce cas, la boue liquide peut renfermée

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de 40 à 70 % en poids de combustible cartoné solide, le restant étant du CO2 liquide. La boue de CO2 et de combustible solide peut être introduite dans le brûleur à une température comprise environ entre -550C et 40 C, selon la pression. L'expression "substance hydrocarbure liquide"

telle qu'utilisée dans la orésente description pour

désigner des supports liquides convenables englobe divers matériaux, en particulier: le gaz de pétrole

liquéfié, les distillats et résidus de pétrole, l'es-

sence d'automobile, le naphta, le kérosène, le pétrole brut, l'asphalte, le gaz oil, les huiles résiduelles, l'huile de sables asphaltés et l'huile de schiste,

le pétrole dérivé du charbon, les hydrocarbures aroma-

tiques (comme les fractions de benzène, toluèna, xylène), le goudron de charbon, l'h-ile provenant d'opérations craquage catalytique, les extraits furfural de gaz de coke, le méthanol, l'éthanol et autres alcools

et hydrocarbures liquides contenant de l'oxygène cons-

tituant des sous produits de synthèse axo, ou oxyl

et leurs mélanges.

Un peut faire fonctionner les brûleurs selon l'invention représentés sur les figures 7 à 13, en faisant passer les courants d'alimentation par un passage sur deux du brCleur. Les tableaux I et II

résument des modes de fonctionnement types.

Le tableau I donne la liste des substances introduits dans le générateur de gaz au moyen du brûleur, avec leurs symboles. Le combustible carboné solide (B), l'eau (C) et la substance hydrocarbure liquide (E) peuvent être mélangés les uns aux autres suivant diverses combinaisons, en amont de l'entrée du brûleur, de manière à fcurnir une boue pouvant être pompée, que l'on peut introduire dans le brûleur puis faire passer par l'un des divers passages à écoulement

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libre du brûleur, comme indiqué au tableau II. A titre d'exemple, la première ligne du tableau II indique qu'un courant de boue pouvant être pompée contenant le combustible carboné solide (B) mélangé à de l'eau (C) peut passer par le faisceau central de tubes et/ou par le faisceau annulaire de tubes du brûleur (voir figures 7, 10, 11 ou 13). Chaque fois que l'on introduit dans le brûleur un courant de combustible, un courant correspondant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre passe en même temps dans le conduit central

correspondant et/ou dans le conduit annulaire corres-

pondant. On donnera ci-après plusieurs exemples com-

plémentaires: (1) on fait passer des courants distincts de gaz renfermant de l'oxygène libre dans le faisceau central et /ou dans le faisceau annulaire de tubes et, simultanément, on fait passer des courants distincts correspondants d'une boue pouvant être pompée constituée par un combustible carboné solide dans un support liquide, par le conduit central correspondant et/ou par le passage annulaire correspondant; (2) on fait passer des courants distincts de gaz renfermant de l'oxygène libre par ledit conduit central et ledit passage annulaire et, simultanément, on fait passer un courant correspondant de matériau hydrocarboné liquide par le faisceau central et/ou par le faisceau annulaire correspondants et, en même temps, une boue pouvant être pompée de combustible carboné à l'état solide dans un support, ou véhicule liquide passe éventuellement par le faisceau libre de tubes; (3) des courants distincts de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre passent par ledit faisceau central et/ou par ledit faisceau annulaire de tubes tandis que, simultanément, un courant correspondant de matériau hydrocarboné à l'étet liquide passe par

le conduit central et/ou le passage annulaire corres-

pondants; en même temps, une boue pouvant être pompée de combustible carboné solide dans un support, ou véhicule liquide, passe éventuellement par le passage libre.

TABLEAU I

Matériaux Gaz renfermant de l'oxygène à l'état liquide Combustible carboné à l'état solide Eau Vapeur d'eau Matériaux carbonés à l'état liquide Gaz modérateurs de -température Combustibles gazeux constitués par des hydrocarbures Symboles A B C D E F G Conduit central A A+D B+C A B+C A B+C+E A A+D B+E

*A+D

faisceau central de tubes B+C B+C A B+C A B+C+E A+D E B+E A+D E

TABLEAU II

Passage

annulaire-

A A+D B+C B+C A A B+C+E A A+D B+E A Faisceau annulaire de tubes -B+C B+C A A B+C B+C+E A+D E B+E A+D B+C

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(suite du tableau II)

E A E A

B+C A E A

E A B+C A

A G A B+C

A b A+D E

A E+F A E+F

E+F A+D E+F A+D

On peut prévoir des modes de fonctionnement

autres que ceux qui sont indiqués au tableau II.

C'est ainsi par exemple que, simultanément, on peut introduire des jets d'un matériau gazeux dans le conduit central et/ou dans le passagè annulaire,

comme signalé précédemment.

Si l'un des courants de combustible est un hydrocarbure à l'état liquide, ou si le support liquide de la boue de combustible solide constitué par des hydrocarbures est un matériau hydrocarboné liquide, on peut éviter une combustion prématurée dans le brûleur en prenant une ou plusieurs des mesures suivantes: (1) maintenir le combustible à une température inférieure à sa température d'auto-allumage; (2) introduire de l'eau dans la boue de combustible solide; (3) utiliser de l'air enrichi d'oxygène, dans une proportion pouvant atteindre 40 % d'oxygène, en volume; (4) faire un mélange de vapeur d'eau, d'air ou d'oxygène; (5) donner aux extrém'ités du faisceau central et du faisceau annulaire de tubes par retrait nul par rapport à la face du brûleur. Dans ce cas, le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre (éventuellement de l'oxygène pur) peut être chassé séparément du brûleur sans avoir été, au préalable, au contact du

courant de combustible.

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(6) chasser le mélange à plusieurs phases

par l'orifice central de sortie et par l'orifice an-

nulaire de sortie situés à l'extrémité du brûleur, à des vitesses supérieures à la vitesse de propagation des flammes. On introduit, par le haut, le brûleur selon l'invention dans l'ouverture supérieure d'admission, d'un générateur de gaz de synthèse non catalytique, doublé d'une substance réfractaire, à écoulement libre, non emballé et de faible volume, par exemple le générateur représenté de-ns le brevet des E. U. A. n' 3 544 291 au nom du demandeur. Le brûleur occupe toute la longueur de l'axe longitudinal de ce générateur de gaz, son extrémité aval débouchant directement

dans la zone réactionnelle.

On règle avec soin les proportions des cou-

rants d'alimentation de produits de réaction et le modérateur de température introduites dans le générateur

de gaz. de manière à transformer une fraction apprécia-

ble du carbone contenu dans le combustible (par exemple jusqu'aux environs de 90 % en poids ou davantage) en oxyde de carbone et de manière à entretenir la température de la zone de réaction autogène à une valeur comprise entre environ 930 et 1 930C, et,

mieux, entre 1 095 et 1 54O'C.

La durée de séjour dans la zone réactionnelle est de l'ordre de 1 à 10 secondes et, mieux de 2 à B secondes. Si l'on alimente le générateur de gaz avec de l'oxygène pratiquement pur, la composition du gaz effluent sortant de ce générateur peut être la suivante, à l'état sec en moles %: H2Y de 10 à 60; CO de 20 à 60; C02 de 5 à 40 CH4de 0,01 à 5; H2S+COS de O à 5, N2 de 0 à 5 et A de O à 1,5. Si c'est avec de l'air que l'on alimente

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le générateur de gaz, la composition de l'effluent (dans les mêmes conditions qu'à propos de l'oxygène pur) peut être approximativement la suivante: H de 2 à 30; CO de 5 à 35; C02 de 5 à 25 CH4 de O à 2; H25+COS de O à 3, N2 de 45 à 60 et A de 0,5 à 1,5. Le courant de gaz effluent contient

du carbone non transformé et des cendres.

On refroidit rapidement le courant d'effluents gazeux très chaud provenant de la zone réactionnelle du générateur de gaz de synthèse, au- dessous de sa température de réaction en portant sa température à une valeur comprise entre environ 120 et 3651C, par trempe directe dans l'eau ou par échange de chaleur indirecte, par exemple de l'eau, de manière à produire de la vapeur d'eau dans un refroidisseur

à gaz.

De façon avantageuse, suivant une autre forme de réalisation du brûleur selon l'invention, ce dernier peut servir de brûleur de chauffage préalable au cours du démarrage du générateur de gaz, en même tant que le brûleur de fabrication. Les opérations de démarrage se trouvent alors simplifiées. Jusqu'à ce jour, le remplacement du brûleur de chauffage préalable par un brûleur de fabrication et le refroidissement du générateur de gaz faisaient perdre du temps. Mas, grâce à l'invention, on peut porter le générateur de gaz à la température de fonctionnement et l'y maintenir en faisant simultanément passer du gaz combustible par le faisceau central ou par le faisceau annulaire de tubes et de l'air par le conduit central ou le passage annulaire correspondant. On peut également tout au contraire, faire passer le gaz combustible par le conduit centralou par le passage annulaire du brûleur et l'air par le faisceau central ou par le faisceau annulaire de tubes correspondant. Le gaz

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combustible et l'air se mélangent antre eux de façon bien homogène. Il se produit ensuite une combustion

pratiquement complète du mélange dans la-zone réaction-

nelle du générateur de gaz, sous une pression absolue comprise entre environ 0,56 et 300 bars, et de préférence, de 1 atmosphère. On retire de la zone réactionnelle les produits résultant de cette combustion complète, et on peut par exemple les chasser dans l'atmosphère. De la sorte, la zone réactionnelle se trouve portée à la température nécessaire pour le déclenchement de la réaction d'oxydation partielle auto-thermique du combustible principal qui a l'une des compositions suivantes: boue pouvant être pompée de combustible carboné-à l'état solide, combustible constitué par des hydrocarbures à l'état liquide ou gazeux, et leurs mélanges avec un gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre et avec ou sans modérateur de température. A titre d'exemple, la température d'auto- allumage peut êtie comprise entre environ 1 095 et 1 4850C. A ce stade, on fait passer le

combustible principal (avec ou sans adjonction de modé-

rateur de température) soit dans le faisceau central de tubes, soit dans le faisceau annulaire, ou encore dans le conduit central ou le passage annulaire, selon

que le gaz combustible et l'air occupent l'un ou l'autre.

En même temps, on fait passer un courant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre (avec ou sans adjonction d'un modérateur de température) par le - conduit central ou par le conduit annulaire du brQleur, ou encore sort par le faisceau central de tubes ou par le faisceau annulaire de tubes, compte tenu, respectivement, du faisceau de tubes ou du conduit ou

du passage par lequel circule le combustible principal.

Le courant de combustible principal et le courant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre

se mélangent l'un à l'autre de façon bien homogène.

Ce mélange s'allume par auto-allumage et brûle par oxydation partielle en aval de la zone réactionnelle du générateur de gaz non catalytique à écoulement libre, à une température autogène comprise entre environ 9301 et 1 9301C, sous une pression comprise entre environ 1 et 300 bars, avec un rapport atomique oxygène/carbone compris entre environ 0,5 et 1,7 et un quotient H20/combustible comprise entre

environ O et 5,0, en poids, et mieux entre 0,1 et 3.

Au moment o commence l'oxydation partielle du combustible principal, on peut couper ou non l'alimentation en gaz combustible et en air 'C'est

ainsi par exemple que l'on peut poursuivre une alimen-

tation en gaz combustibles et d'alimentation cor-

respondante en produits oxydants avec le même débit ou avec un débit réduit, de l'ordre de 1/8 à 3/4

du débit maximum. De plus, si l'on poursuit l'alimen-

tation du brûleur en gaz combustible, le débit du courant de gaz combustible et de courant correspondant de produits d'oxydation se règle en donnant un quotient Oxygène atomique/carbone compris entre 0,5 et 1,7 et l'on a une oxydation partielle du gaz combustible au lieu d'une combustion complète. En fonction de la composition de gaz désirée, on peut éventuellement remplacer l'air par un autre gaz renfermant de l'oxygène à l' état libre. D'ailleurs, de l'air enrichi d'oxygène ou de l'oxygène pratiquement pur sont préférables

pour la fabrication de gaz de synthèse.

Suivant une autre forme de réalisation, on remplace le courant de gaz combustible circulant dans le brûleur par un autre courant combustible ayant l'une des compositions suivantes: boue pouvant être pompée de combustible carboné solide dans un support

ou véhicule, liquide,(par exemple de l'eau), hydrocar-

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bures, hydrocarbures oxygènés, combustible liquide ou-

gazeux constitué par des hydrocarbures et leurs mélanges.

De même, on peut remplacer le courant d'air par un courant de gaz, autre que de l'air, renfermant de l'oxygène à l'état libre. Les courants de la réaction se mêlent les uns aux autres en donnant un mélange bien homogène, suivant les proportions convenables pour faire réagir cet autre combustible par oxydation partielle. Après auto-allumage, ledit mélange est brûlé par oxydation partielle, en aval dans la zone réactionnelle du générateur de gaz., en même temps que

se produit l'oxydation partielle du combustible prin-

cipal et dans les mêmes conditions de fonctionnement.

Un peut faire passer le courant de cet autre combustible et le courant correspondant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, dans le même passage du brûleur ou dans les passages différents qui étaient

occupés respectivement dans le courant de gaz combus-

tibles et par le courant d'air associé.

On obtient un courant brut de gaz de synthèse de gaz combustibles ou de gaz réducteur (selon la composition du gaz produit) et on le chasse de la zone réactionnelle. On peut alors traiter ce courant de gaz chaud à l'état brut, en le refroidissant, en le nettoyant et en le purifiant selon les procédés classiques. Suivant une forme de réalisation, on peut remplacer le gaz combustible du stade de chauffage préalable par un combustible liquide constitué par - 30 des hydrocarbures et on peut employer, comme corps

oxydants, un gaz renfermant de l'oxygènè à l'état libre.

On donnera ci-après une description des

figures: - sur la figure 1i, un ensemble brûleur ou brûleur de mélange préalable à conduit central en

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retrait ne comportant qu'un seul anneau et une seule chambre de mélange préalable est désigné dans son ensemble par la référence 1. La chambre de refroidissement 2 est située à l'extrémité aval du brûleur. De l'eau de. refroidissement en circulation pénètre par le tuyau d'admission 3. Cette eau de refroidissement s'écoule par les serpentins 4 qui entourent l'extérieur du brûleur sur toute sa longueur et dans les tuyaux de sortie 5. Grâce à cette chambre de refroidissement 2 et aux serpentins de refroidissement 4, le brûleur i se trouve protégé contre tout endommagement d'origine thermique. La face 6 se trouve à l'extrémité du brûleur 1 qui est le plus en aval. Le brûleur 1 descend dans une ouverture pratiquée à la partie supérieure du générateur (non représenté) de gaz de synthèse à oxydation partielle et écoulement libre. A l'aide d'une bride de montage 7, le brûleur 1 est fixé de manière que son axe longitudinal soit confondu avec celui du générateur de gaz de synthèse. Les courants de produits de réaction pénètrent dans le brûleur par

les entrées 8 et 9.

Comme indiqué précédemment, la figure 2 représente l'extrémité aval du brûleur I en coupe transversale. Cette coupe est faite au niveau A-A de la figure 1; on voit que cette extrémité aval du brûleur comprend un conduit intérieur central 15 non obstrué et un conduit extérieur 16, coaxial au précédent, qu'il entoure longitudinalement; le conduit central

est en retrait par rapport à ce conduit extérieur 16.

Une pièce d'écartement 18 assure la formation d'un passage annulaire 17 à écoulement libre entre le pourtour extérieur du conduit cylindrique central 15 et le pourtour intérieur du conduit cylindrique 16. L'orifice de sortie 20, à l'extrémité aval du conduit central 15, est de préférence rectiligne, de section transversale

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circulaire et orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal du brûleur. Suivant une variante, cet

orifice de sortie 20 peut être convergent.ou divergent.

Le conduit extérieur 16 se termine, à l'extrémité aval du brûleur, par un ajutage convergent 21. La coupe transversale verticale de cet orifice de sortie 21 peut avoir la forme d'un tronc de cône qui se raccorde ou non sur un cylindre droit. De façon avantageuse, et pour assurer une meilleure résistance à l'usure, cet ajutage 21 (figure 2) consiste en une partie arrière 22 de forme tronconique prolongée par une partie avant 23 en forme de cylindre droit, qui arrive

jusqu'à la face aval 6 du brûleur. Cette partie cylin-

drique de.l'ajutage présente les avantages suivants: (1) elle assure au brûleur une plus grande durée d'utilisation, en raison de la plus grande surface de la partie susceptible d'être usée par abrasion et (2) elle permet de fabriquer une pièce rapportée en matière céramique ou réfractaire ou une chambre de refroidissement entière en un matériau résistant à la chaleur et à l'abrasion, par exemple en carbure de tungstène ou en carbure de silicium, en vue de diminuer les risques d'endommagement et de prolonger

la durée d'utilisation du brOleur.

La hauteur de la partie cylindrique avant 23 de l'ajutage de sortie 21 est comprise entre environ 0 et 1,5, et mieux, entre 0,1 et 1,0 fois le diamètre de cette partie avant, à savoir le diamètre minimum de l'ajutage convergent 21. Quant au diamètre de 3EL l'orifice de sortie 20 du conduit central 15, il est compris entre environ 0,2 et 1,5 (et mieux, entre 0,5 et 0,8 fois) le diamètre minimum de-l'ajutage

convergent 21.

On peut ou non refroidir l'extrémité aval du brûleur. De préférence, comme représenté sur les

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figures 2, 4, 5 et 6, la chambre annulaire coaxiale de refroidissement 2 entoure l'orifice de sortie 21, au droit de l'extrémité du brûleur. En faisant passer de l'eau dans la partie évidée 24 de la chambre de refroidissement 2, on peut empêcher l'extrémité du

brûleur 1 de subir un chauffage trop poussé, Eventuel-

lement, et pour des raisons analogues, on peut mainte-

nir froid le conduit extérieur 16 en faisant passer de l'eau dans le serpentin 4. Une valeur convenable de l'angle de convergence de l'orifice 21 est comprise entre 15 et 90 par rapport à l'axe longitudinal du brûleur. L'extrémité aval de l'orifice de sortie 20 du conduit 15 est fortement en retrait en amont de la face 6 du brûleur 1, à une distance égale à deux fois, ou davantage, le diamètre minimum de l'ajutage de sortie convergent 21. A titre d'exemple, le retrait de cet orifice de sortie 20 du conduit central 15 par rapport à la face 6 du brûleur peut être compris entre environ 3 et 10 fois le diamètre minimum de l'ajutage de sortie convergent 21. L'espace compris entre l'orifice de sortie 20 du conduit central 15 et la face 6 du brûleur constitue la zone non obstruée 25 de mélange préalable. La fonctionnement du brûleur 1 est le suivant l'un quelconque des courants de produits de réaction (voir tableau Il) peut pénétrer dans le brûleur 1 par l'entrée 9- (figure 1) et descendre directement

de la partie amont dans le conduit central 15 à écoule-

ment libre, puis passer par l'orifice de sortie 20 et pénétrer dans la zone de mélange préalable 25, comme représenté sur la figure 2. En même temps, on peut faire entrer l'autre courant de produits de réaction dans le brûleur 1 par l'entrée 8 (figure 1), ce courant descendant directement de la partie amont 30 du conduit extérieur 16 dans le passage annulaire 17 à écoulement

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libre pour atteindre la zone de mélange préalable 25, o se produit le mélange intime des deux courants de produits de réaction. De plus, il se produit, dans cette zone 25 de mélange préalable, un échange direct de chaleur entre ces deux courants. On règle la tempé- rature de la zone de mélange préalable de façon qu'une quantité donnée (par exemple comprise entre O et 100% en volume et, mieux, entre 2 et 80 %) de support ou

véhicule liquide puisse se vaporiser sans brûler.

Ce réglage de la température de la zone de mélange préalable peut être obtenu par le réglage de facteurs comme par exemple la durée de séjour et la capacité calorifique des courants qui arrivent ainsi que le

degré de refroidissement à l'extérieur assuré éventuel-

lement par le serpentin 4. La zone 25 de mélange préa-

lable ne s'oppose pratiquement pas à l'écoulement

des matériaux qui la traversent.

La vitesse de la boue de combustible carboné à l'état solide dans un support liquide qui passe par l'orifice de s rtie 20 du conduit central 15 ou qui ressort du passage annulaire 17 est comprise entre environ 0,15 et 22 m/seconde et, mieux entre environ 0,60 et 6 m tandis que la vitesse correspondante du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre qui, en m nle temps, traverse l'autre passage du brûleur (éventuellement avec adjonction de vapeur d'eau) est comprise entre environ 25 m/seconde et la célérité

du son et, mieux, entre environ 30 et 180 m/seconde.

La boue de combustible carboné solide dans un support liquide pénétre dans la zcns de mélange préalable en phase liquide, à une température comprise entre environ la température ambiante et 2601C, inférieure à la température de vaporisation du support liquide et sous une pression comprise entre environ 5,3 et 315 bars, et en même temos, le courant de gaz renfermant

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de l'oxygène à l'état libre (éventuellement avec adjonc-

tion de vapeur d'eau) pénètre dans cette zone de mélange préalable, à une température comprise environ entre une température ambiante et 6500C et, mieux entre 40 et 315 C, et sous une pression comprise entre environ 5,3 et 315 bars. Il se produit un mélange intime et un échange direct de chaleur entre les deux courants de produits de réaction dans la zone de mélange préalable. La volati isation du support, ou véhicule, liquide de la zone préalable peut être comprise environ entre 0 et 100 % en volume et, mieux entre 20 et 35 %, si le gaz renfermant de

l'oxygène à l'état libre est introduit à une tempéra-

ture comprise entre environ 150 et 317aC, ou entre environ 70 et 100 % en volume, si le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre introduit est de l'air porté préalablement à une température comprise entre environ 540 et 6500C. Le mélange à plusieurs phases de la zone de mélange préalable est à une température inférieure à sa température d'auto-allumage. Ce mélange à plusieurs phases quitte le brOleur 1 par l'orifice de sortie 21, à une vitesse comprise entre environ 22 et 180 m/seconde et mieux, entre 45 et 105 m/seconde,

cette vitesse étant supérieure à la vitesse de propa-

gation des flammes, et elle descend directement dans la zone réactionnelle non obstruée du générateur de gaz

partiellement oxydés.

La figure 3, comme signalé précédemment, est une coupe verticale d'une autre forme de réalisation de l'extrémité aval du conduit extérieur 16 représenté sur la figure 2. Sur cette figure 3, l'ajutage convergent de sortie 21 est du type de l'ajutage à grand rayon (normes A.S.M.E.) de l'American Society of Mechanical Engineer's. Cet ajutage de sortie peut éventuellement être refroidi, par exemple à l'aide d'une chambre

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annulaire de refroidissement 2, comme représentée sur

la figure 2. On trouvera une description plus détaillée

de cet ajutage dans l'ouvrage intitulé Thermodynamics Fluid Flow and Heat Transmission" de Huber 0. Croft, page 155, première édition, 1938; éditeur McGraw-Hill

Book Company.

La figure 4 est une coupe verticale d'urE autre forme de réalisation de l'extrémité aval du

conduit extérieur 16 représenté sur la figure 2.

Sur cette figure 4, un ajutage de sortie 35 disposé à l'extrémité du brûleur est en un matériau résistant à l'usure, par exemple en carbure de tungstène ou en carbure de silicium. Cet ajutage de sortie 35 comprend une partie arrière tronconique 22 qui se prolonge par une partie avant 23, coaxiale à la première et en forme de cylindre droit. Le pourtour extérieur tronconique de l'orifice de sortie 25 est porté par la paroi de la cavité tronconique coaxiale correspondante 36 de la chambre annulaire de refroidissement 2. A titre-d'exemple, on peut raccorder l'orifice de sortie , en carbure de tungstène, à l'extrémité aval du conduit extérieur 16, en reliant la face arrièrE 37 d'a la chambre de refroidissement 2 à la surface avant de la bride 38 située à l'extrémité aval du conduit extérieur 16. On peut introduire de l'eau de refroidis

sement dans la partie évidée 24 de la chambre de re-

froidissement 2, de la manière indiquée pour le tuyau d'admission 3 sur la figure 1. Eventuellement, un serpentin de refroidissement peut entouré le conduit

extérieur 16, à la manière de serpentin 4 de la figure 1.

Les boues très chaudes de combustible solide animées d'une grande vitesse sont abrasives, mais on peut prolonger considérablement la durée d'utilisation du brûleur selon l'invention en réalisant l'ajutage de

sortie 35 en un matériau résistant à l'usure.

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La figure 5, comme signalée précédemment.

est une coupe verticale de l'extrémité aval d'une autre forme de réalisation du brûleur de mélange préalable des figures l et 2. Des courants de même sens de matériaux différents passant simultanément dans le conduit central 15 en retrait et dans le passage annulaire 17 coaxial à ce conduit central se mélangent l'un à l'autre successivement dans la chambre de mélange préalable 25 et dans la chambre de mélange préalable 40. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 5, la zone de mélange préalable comprend deux chambres de mélange préalable 25 et 40 coaxiales, montées en série, mais, dans les autres formas de réalisation du brûleur selon l'invention, la zone de mélange préalable peut très bien être cons$-t_ée par une unique chambre de mélange préalable ou être constituée par plusieurs chambres coaxiales, par exemple

au nombre de 2 à 5. Par exemple comme signalé précédem-

ment, la forme de réalisation du brûleur représentée sur les figures 1 et 2 ne comprend qu'une seule chambre de mélange préalable 25, alors que le brCleur de la figure 6 comprend trois chambres de mélange préalable 25, 40 et 41. Chacune des chambres de mélange préalable des figures 5 et 6, à l'exception de la première chambre de la série, est constituée par un corps cylindrique 45 prolongé par une partie convergente de sortie 22 ou 46 (figure 6, convergente au moins en partie et coaxiale à ce corps cylindrique, la partie 46 pouvant éventuellement être prolongée par la partie 49 en forme de cylindre droit. Ces sorties peuvent être en un matériau résistant à la chaleur et à l'usure, par exemple en carbure de silicium ou en carbure de tungstène, comme signalé plus haut à propos de la figure 4. Dans les formes de réalisation comportant plusieurs chambres de mélange préalable, la première

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chambre de la série peut comporter un corps cylindrique

47 qui se déverse par l'orifice circulaire 39 directe-

ment dans la chambre de mélange préalable coaxiale 40 qui lui fait immédiatement suite. De façon avantageuse, le mélange qui sort de l'une des chambres de mélange

préalable se détend dans la chambre de mélange préala-

ble immédiatement suivante. Lorsque le mélange slac-

cèlére et se détend par le dernier ajutage de sortie à l'extrémité du brûleur dans la chambre de combustion,

on obtient une combustion plusstable et plus efficace.

Les gammes de variation de la températurede la pression et de la vitesse pourles courants de matériaux qui

passent dans les divers passages du brûleur bont pra-

tiquement les mêmes que celles qui ont été indiquées précédemment. L'entrée de la première chambre de

mélange préalable 25 peut comporter une partie conver-

gente 48, comme indiqué sur la figure 5, ou bien elle

peut être constituée comme celle de la figure 2.

Une ou plusieurs des chambres de mélange préalable peuvent avoir, en coupe, la forme de tronc de c6ne

convergent vers l'aval.

La figure 6 est une coupe verticale de lTex-

trémité aval d'une forme de réalisation du brûleur -

selon l'invention, comportant un brûleur de mélange préalable à conduit central en retrait analogue au brûleur 1 de la figure 1, mais modifié de manière -à comporter deux passages annulaires coaxiaux, à savoir un passage annulaire intermédiaire 17 et un passage annulaire extérieur 51. En outre, la zone de mélange préalable est constituée par trois chambres coaxiales d'écoulement libre 25, 40 et 41 disposées à la suite l'une de l'autre. Au moyen d'éléments d'écartement 18, on peut maintenir une certaine distance l'un de l'autre, dans la direction radiale, le conduit extérieur 52, le conduit intermédiaire coaxial 53 en retrait et le conduit central coaxial 15 en retrait de manière à constituer lesdits passages annulaires et les chambres de mélange préalable sans présenter pratiquement aucun obstacle à l'écoulemnt libre des matériaux. L'extrémité aval 20 du conduit central 15 est en retrait en amont de la face 6 du brûleur, à une distance égale à deux fois ou davantage (par exemple comprise entre 3 et 10 fois) le diamètre minimum de l'orifice convergent de sortie 21. L'extrémité aval 54 du conduit intermédiaire 53 est en retrait en amont de la face 6 du brûleur, à une distance comprise entre 0 et 12 (par exemple entre 1 et 5 fois le diamètre minimum de ce même orifice de sortie convergent 21. Le conduit central 15 et les passages annulaires 17 et 51 communiquent en amont avec les entrées distinctes, de la même manière que dans le ca de la figure 1. On peut refroidir l'extrémité du brûleur à l'aide d'une chambre annulaire de refroidissement 2 dont l'axe est confondu avec l'axe longitudinal du brûleur à l'extrémité aval

de la manière représentée. On peut également se dis-

penser de cette chambre de refroidissement.

*Le fonctionnement de la forme de réalisation du brûleur représentésur la Fig. 6 est le suivant

les-courants d'alimentation qui traversent simultané-

ment et dans le même sens le conduit central 15 et le

passage annulaire intermédiaire 17 à de vitesses dif-

férentes, se hburtent l'un à l'autre et se mélangent

dans la première chambre de mélange préalable 25.

L'impact d'un premier courant de produit de réaction tpar exemple la boue liquide de combustilbles carbonés solides dans un milieu liquide) avec un second courant de produit de réaction (par exemple un courant gazeux de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, de la vapeur d'eau ou un modérateur de température animé d'une vitesse plus élevée a pour effet de briser la

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boue liquide pour former un jet finement pulvérisé. Le mélange à plusieurs phases pénètre ensuite dans la seconde chambre de mélange préalable 40 en vue de subir un mélange complémentaire. Après avoir quitté la chambre 40 par l'ajutage convergent de sortie 46 et par l'orifice annulaire 54 situé à l'extrémité aval de la chambre 40, ce mélange à plusieurs phases pénètre dans la troisième chambre de mélange préalable 41. Le troisième courant d'alimentation arrive dans le brûleur en amont, par une entrée 5 (non représentée) et

descend le long du passage annulaire extérieur 51.

Lorsque le retrait de l'orifice 54 situé à l'extré-

mité du conduit intermédiaire 53 par rapport à la - face 6 du brûleur n'est pas nul et compris par exemple entre environ 1,0 et 5 fois le diamètre minimum de

l'orifice de sortie 21. ce troisième courant d'ali-

mentation peut alors se mélanger aux deux premiers courants dans la chambre de mélange préalable 41 pour donner un mélange à plusieurs phases. En outre, cette forme de réalisation peut comporter deux ou plusieurs chambres cylindriques de mélange préalable coaxiales entre elles disposées en série, par exemple au nombre de deux à cinq. Le mélange à plusieurs phases obtenu passe par l'ajutage convergent 21 situé à l'extrémité

aval du brûleur, puis pénètre dans la zone réaction-

nelle du générateur de gaz.

Dans le cas o le retrait de l'orifice 54 du brûleur est à peu près nul, le troisième courant d'alimentation circule dans le passage annulaire extérieur, se mélange au mélange à plusieurs phases des deux autres courants d'alimentation provenant de la zone de mélange préalable en aval de la face 6 du brûleur, par exemple à une distance comprise environ

entre 25 et 580 mm. De plus, une telle.forme de réa-

lisation peut comporter une ou plusieurs chambres coaxiales de mélange préalable, de-forme cylindrique et disposé, par exemple au nombre de 2 à 5. A titre d'exemple, le courant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre passe soit par le passage annulaire central, soit par le passage annulaire extérieur, tandis que le courant de matériau hydrocarboné liquide passe par l'autre de ces deux passages qui se trouve libre. En même temps, un courant de boue constituée par un combustible carboné à l'état solide et de l'eau, passe par le passage intermédiaire. Suivant une variante, le courant de gaz renfermant de l'oxygène

à l'état libre passe soit par le passage intermé-

diaire, soit par le passage annulaire extérieur, tandis que le courant de matériau hydrocarboné liquide passe par celui de ces deux passages qui se trouve libre. En même temps, un courant de boue de combustible

carboné solide et d'eau passe par le conduit central.

Les gammes de température, de pression et de vitesse des courants de matériaux qui circulent dans les divers passages du brûleur sont pratiquement les mêmes que celles qui ont été indiquées précédemment. On se

reportera par exemple à l'étude de la Fig. 2. Les con-

ditions indiquées pour le matériau hydrocarboné liquide sont pratiquement les mêmes que celles qui ont été données pour la boue de combustible carboné à l'état solide. Le courant d'alimentation s'écoule par le conduit extérieur du brûleur, se mêle au mélange

à plusieurs phases des deux autres courants d'alimen-

tation provenant de la zone de mélange préalable.

Toutefois, ce mélange se produit en aval de la face du brûleur dans la zone réactionnel du générateur

de gaz partiellement oxydés à écoulement libre.

On peut empêcher la combustion de la boue pendant son passage dans la zone de mélange préalable du brûleur en faisant sortir le mélange à plusieurs

62 2473683

phases par l'orifice de sortie, à l'extrémité de ce

brûleur à une vitesse supérieure à la vitesse de pro-

pagation des flammes. La vitesse de propagation des

flammes est fonction de facteurs tels que la composi-

tien du mélange, la température et la pression. On peut

la calculer par des procédés classiques ou la détermi-

ner expérimentalement.

De façon avantageuse, grâce au brûleur de mélange préalahle à conduit central en retrait selon

l'invention, les réactions d'oxydation partielle exo-

thermique ont lieu, en aval de la face du brûleur, à une distance (comprise entre 15 cm et 60 cm) suffisante pour protéger ce brûleur contre tout endommagement

d'origine thermique.

Tandis que le mélange circule librement dans le brûleur non obstrué selon l'invention, sa vitesse subit de nombreuses variations. En divers points du brûleur, la vitesse de ce mélange peut être comprise entre environ 6 et 180 m/s. Quand le mélange passe d'une chambre de mélange préalable dans la

suivante, ces variations de vitesse sont dues princi-

palement aux variations de diamètre de la trajectoire d'écoulement et à la quantité du mélange ainsi que " sa température. Cela contribue à unmélange intime des divers constituants. En outre, si l'on opère dans la région de l'écoulement turbulent, on peut augmenter considérablement'la qualité du mélange. D'autres paramètres du brûleur, comme par exemple le volume, la longueur et le nombre des chambres, ainsi que le refroidissement extérieur peuvent se calculer à partir de facteurs tels que le volume, la température et la composition des courants d'alimentation ainsi que la proportion désirée de volatilisation du support

liquide (par exemple de 0 à 100 %, en volume).

Les dimensions relatives des diverses chambres

63 2473683

de mélange préalable successives du-'brûleur selon l'in-

vention peuvent s'exprimer de la manière suivante: dans le cas de brûleurs comportant de une à cinq chambres de mélange préalable numérotées 1 à 5 (la chambre 5 étant celle qui se trouve le plusprès de l'extrémité aval du brûleur). le quotient du diamètre de l'une quelconque de ses chambres par celui de la chambre immédiatement suivante en aval de la série ( c'est-à-dire 01/D2, f2/03, D3 /D4 ou D4/D5) peut être compris entre environ 0,2 et 1,2. De même, le quotient de la longueur de l'une quelconque des chambres de mélange préalables par celui de la chambre immédiatement suivante ern aval de la série c'est-à-dire L1/L2, L2/L3, L3/L4 ou L4/L5,

peut être compris environ entre 0,1 et 1,0.

De façon avantageuse, selon la forme de réa-

lisation du brûleur selon l'invention représentée sur laFig. 6,le matériau qui passe le passage extérieur 51 (voir tableau III} est chauffé par échange de chaleur indirect avec les produits gazeux très chauds de la réaction qui sont remis en circulation dans la zone réactionnelle à l'extérieur du brûleur. Par échange de chaleur à la fois indirect et direct, le matériau chauffé contenu dans le passage annulaire 51 peut ensuite servir à chauffer les autres matériaux de la réaction qui traversent simultanément le brûleur dans le même sens. Dans ce cas, on peut supprimer le serpentin

de refroidissement 4 en-totalité ou partiellement.

De plus, les produits qui entrent en réaction peuvent subir un chauffage préalable et le support ou véhicule, liquide peut être vaporisé dans une proportion comprise

entre 0 et 100 % en volume.

Suivant une autre variante du brûleur selon l'invention représenté sur la Fig. 6, un matériau à

l'état gazeux passe par le conduit annulaire extérieur 51.

Au moins une fraction (par exemple entre 5 et 100 % en volume du courant d'alimentation gazeux qui passe par

la conduit annulaire 51, s'écoule par une série de pas-

sages de petit diamètre (d'un diamètre compris environ entre 0,8 mm et 12 mm) ou par des trous de même diamètre, disposés suivant une série d'anneaux périphériques dans des parois du conduit intermédiaire 53, en une ou

plusieurs positions (60 à 62) le long de ce conduit.

Dans ce cas, la sortie aval 56 du passage annulaire

extérieur 51 peut être bloquée complètement ou par-

tellement. La plaque-annulaire 57 représentée sur la

Fig. 6 est facultative. Cette plaque 57 peut éventuel-

lement comporte une série de trous 58 de petit diamètre (par exemple d'un diamètre compris entre 1,5 pt 18 mml conduisant à la chambre de mélange préalable. On peut orienter cette plaque annulaire 51 perpendiculairement -15 à l'axe longitudinal du brûleur. De la sorte, au moins une fraction du troisième courant d'alimentation qui pénètre dans le passage annulaire extérieur 51 peut subir un mélange préalable avec des matériaux qui circulent simultanément, sous une pression plus faible, dans au moins l'un des passages suivants du brûleur, à savoir - le passage intermédiaire 17 et. les chambres de mélange préalable 25, 40 et 41. La pulvérisation de la boue de combustible carboné solide et son mélange avec les autres courants d'alimentation peuvent être facilités à l'aide d'un courant gazeux sous forme de jet à grande vitesse et sous forte pression, passant par lesdits passages en un ou plusieurs endroits 58 et 69 à 62. Comme matériau gazeux, on peut choisir: de la vapeur d'eau, un gaz renfermant de l'oxygène à

l'état libre, du gaz carbonique, de l'azote, une frac-

tion remise en circuit du produit gazeux et leur mélange, Ce matériau à l'état gazeux peut être introduit dans le brûleur à une température comprise environ entre la température ambiante et 816'C et à une vitesse comprise

2473683

environ entre 30 m/s et la célérité du son. La pression de ce matériau gazeux peut être comprise environ entre 5,3 et 315 bars et elle est supérieure à la pression des courants d'alimentation qui passent le passage central et le passage intermédiaire.

Suivant d'autres formes de réalisation, l'en-

trée convergente 48 et la partie convergente 22 de l'ori-

fice de sortie 21 des brûleurs représentés sur les Fig. 5 et 6 ainsi que la partie convergente 46 du

brûleur de la Fig. 6 peuvent être en un matériau résis-

tant à l'usure, par exemple en carbure de tungstène ou en carbure de silicium. On peut donner à ne matériau résistant à l'usure la forme représentée pour les

formes de réalisation des Fig. 3 et 4.

On donnera ci-après quelques exemples non limitatifs: l'exemple suivant est caractéristique du procédé de l'appareil utilisé pour l'oxydation partielle d'une boue de charbon et d'eau avec de l'air; mais

bien entendu l'invention ne se limite pas à un tel cas.

Exemple 1:

On produit du gaz combustible dans un réci-

pient réfractaire sous pression, doublé d'acier, de forme cylindrique et orienté verticalement, exempt

de catalyseur ainsi que de tout empêchement à l'écou-

* lement libre de matériaux. Le volume de la zone réac-

tionnel est de l'ordre de 3,7 m On introduit les courants d'alimentation dans la zone réactionnelle par un brûleur de mélange préalable à un seul anneau, comportant un conduit

central en retrait et deux chambres de mélange préa-

lable cylindriques et coaxiales disposées en série comme représenté sur la Fig. 5. On monte ce brûleur de mélange préalable par une ouverture à rebord sur la partie supérieure du générateur de gaz, suivant

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l'axe longitudinal de ce générateur. L'orifice de sortie 20 du brûleur est en retrait d'environ S5 cm par rapport à la face aval du brûleur et d'environ cm par rapport à l'orifice circulaire de sortie 39 situé à l'extrémité de la première chambre de mélange préalable 25. La seconde chambre de mélange préalable a une longueur de 50 cm et la partie cylindrique-23 de l'ajutage de sortie 23, une longueur de 37 mm. Les orifices de sortie 39 et 23 ont chacun un diamètre de 77 mm. Le diamètre extérieur et le diamètre intérieur du conduit central 15 sont respectivement de 33 mm et de26,2 mm. Le diamètre intérieur du passage 17 et le diamètre de la chambre de mélange 40 ont chacun une

longueur de 114 mm.

On prépare une boue de charbon bitumineux et d'eau ayant une teneur en matière solide de 65 % en poids et on fait passer cette boue par le conduit

central 51 du brûleur en phase liquide, à la tempé-

rature de 400C, sous la pression de 42 kg/cm2 et à

la vitesse de 31 m/s. Cette boue a un débit d'en-

viron 4650 kg/h de charbon et 2460 kg/h d'eau. Le charbon est broyé à une finesse telle qu'il puisse traverser en totalité un tamis ASTM E 11-70 à mailles de 1,4 mm et qu'au moins une proportion de 80 % de ce charbon puisse traverser un tamis ASTM E 11-70 à mailles de 425 microns. L'analyse finale du charbon

donne, en % en- poids (sans humidité): carbone. 69,52 %.

- hydrogène, 5,33 %, azote, 1,25 % soufre, 3,86 %,

oxygène 10,02 % et cendres 10,02 %.

Simultanément, on fait passer, avec un débit d'environ 310 dm3/s, de l'air renfermant 21 % d'oxygène, à une température de 540'C, sous la pression de 42 kg/cm2 et à la vitesse de 34 m/s, dans le passage annulaire 17 du brûleur. Le mélange des deux courants d'alimentation se produit dans la chambre de mélange préalable 25. Ce mélange sort par l'orifice 39 à la vitesse de 8à m/s Pet il se détend dans la chambre de mélange préalable 40,

dans laquelle se produit le mélange intime des consti-

tuants. L'eau contenue dans la boue se vaporise pra-

tiquement en totalité dans le brûleur et le mélange traverse la chambre de mélange préalable 40 à la vitesse de 37,5 m/s. Le mélange à plusieurs phases passe par l'agitat de sortie 21 situé à l'extrémité aval du brûleur, à la température de 217'C et à la vitesse de 58 m/s et il pénètre directement dans

la zone réactionnelle du générateur de gaz partiel-

lement oxydés.

Une oxydation partielle non catalytique du

combustible solide se produit dans la zone réaction-

nelle à températures autogènes de 15400C sous la

2 3

pression de 36 kg/cm. On produit environ 620 000 m

par jour de gaz combustible à faible pouvoir calori-

fique, ayant la composition molaire suivante CO,

17,1 %; H2, 10,1 %, C02, 6.7 %; H20, 12,4 %; N2.

52,6 %; A, 0,6 % et H 2S, 0,5 %. Le pouvoir calori-

fique des courants gazeux purifiés est de l'ordre de

1 000 grandes calories par mètre cube.

De façon avantageuse. en utilisant le brûleur selon l'invention au lieu d'un brûleur classique, on peut réduire de 10 % la consommation

en oxygène et supprimer l'inconvénient d'une com-

bustion instable.

La Fig. 7 représente un ensemble à brûleur assurant une forte diminution de débit. Le brûleur 111 descend dans une ouverture pratiquée à la partie

supérieure d'un générateur de gaz de synthèse par-

tiellement oxydés à écoulement libre,--du type repré-

senté sur la Fig. 9. De façon avantageuse, l'axe lon-

gitudinal de ce brûleur 111 est confondu avec l'axe géométrique de ce générateur de gaz de synthèse, la fixation de ce brûleur ou générateur étant assurée à l'aide d'une bride. Ce brûleur 111 comprend un

68 2473683

conduit central 112, à faisceau central de tube paral-

lèle 113 qui traversent longitudinalement le passage

central 114 de ce conduit central 12, un conduit ex-

térieur 115 coaxial au-précédent, un passage annu-

laire 116 délimité, dans le sens de sa longueur, par- le pourtour extérieur du conduit central 12 et par le pourtour intérieur du conduit extérieur 115 et un faisceau annulaire de tubes parallèles 117 disposés longitudinalement dans le passage annulaire 116. Le conduit 112 est une paroi cylindrique séparant le

passage central 114 d'avec le passage annulaire 116.

Les extrémités aval 118 du faisceau central de tube

113 et, également, dans certaines formes de'réalisa-

tion, des extrémités aval 119 du faisceau annulaire de tube 117 sont en retrait, en amont de la face 1110

du brûleur. L'orifice circulaire central 1111 et l'ori-

fice annulaire 1112 sont définis par le plan fictif perpendiculaire à l'axe central du brûleur, au droit de la face 1110. Le diamètre de l'orifice central 1111 est égal au diamètre intérieur minimum du conduit central 112 ou, éventuellement, de l'ajutage au droit de la face 1110. La largeur de l'orifice annulaire 1112 est égale au diamètre intérieur minimum du conduit extérieur 115 ou, éventuellement, de'l'ajutage, diminué

du diamètre extérieur maximum du conduit 112 ou, éven-

tuellement, de l'ajutage au droit de la face 1110.

Des consoles pour parois ou des pièces d'écar-

tement 1113 maintiennent les tubes 113 à une certaine distance les uns des autres et parallèles entre eux

ainsi qu'à la paroi intérieure du conduit central 112.

Les tubes du faisceau central 113 traversent

la tale fixe en forme de disque 1115 de façon parfai-

tement étanche. Cette tôle 1115 bouche l'extrémité amont du conduit central 112. De la même manière, les tubes du faisceau annulaire 117 traversent la tôle fixe en forme d'anneau 1116 de façon parfaitement étanche. Cette tôle 1116 bouche l'extrémité amont

du conduit extérieur 115 et du passage annulaire 116.

L'étanchéité aux gaz, aux endroits o les tubes du faisceau central e.t les tubes du faisceau annulaire traversent leurs tôles respectives, est assurée par des moyens classiques, par exemple par soudage, par

tournage, par sertissage, par filetage ou laminage.

On peut également faire appel à des organes méca-

niques exerçant une pression ainsi qu'à des dispo-

sitifs d'accouplement.

Les extrémités amont 1117 des tubes du faisceau central 113 sont reaccordées aux sorties 1118 du collecteur cylindrique central 1119. Un tuyau d'admission 1120 est raccordé à ce collecteur avec lequel il communique. Cela permet, par exemple, à une fraction du premier courant d'alimentation en produits de réaction contenus dans le tuyau 1120 de pénétrer dans ce collecteur central 1119. ce courant d'alimentation se divisant ensuite en une série de

courants qui passent par les sorties 1118 et pé-

nètrent dans les divers tubes du faisceau central 113

puis se déversent au droit de la face 1110 du brûleur.

En même temps, une fraction d'un second courant d'alimentation en produits de réaction peut passer dans le tuyau d'admission 1125. Ce dernier est raccordé au conduit central 112 avec lequel il communique, au voisinage de son extrméité supérieure et au-dessous de la tôle 1115. De la sorte, cette fraction du second courant d'alimentation peut remplir les interstices compris entre les tubes du faisceau central 113 et ceux qui les entourent, tout en s'écoulant dans le conduit central 112 pour resortir par l'orifice

central 1111, au droit de la face 1110 d brûleur.

Les extrémités amont 1126 des tubes du faisceau annulaire 117 sont raccordées à des sorties

2473683

1127 du collecteur 1128 de forme annulaire. Au moins un tuyau d'admission 1129 est raccordé à ce collecteur

annulaire 1128. De la sorte, la fraction restante du-

dit premier courant d'alimentation en produits de réac-

tion peut pénétrer dans le collecteur annulaire 112a, se diviser en une série de courants passant par les

sorties 1127 et par les divers tubes du faisceau annu-

laire 117, pour sortir par la face 1110 du brûleur.

Simultanément, la fraction restante du second courant d'alimentation en produit de réaction peut passer par le tuyau d'admission 135. Ce dernier est raccordé au conduit annulaire 116 avec lequel il communique, au voisinage de son extrémité supérieure et au-dessous de la tôle 1116. De la sorte, la fraction restante de ce second courant de produit de réaction peut remplir les interstices compris entre tous les tubes du faisceau annulaire 117 et ceux qui les entourent,

tout en descendant librement dans ledit passage annu-

laire 116 pour resortir, enfin, par l'orifice annu-

laire 1112 situé au droit de la face 1110 du brûleur.

L'allumage des mélanges à plusieurs phases du premier et du second courants d'alimentation en produits de

réaction a lieu en aval de la face du brûleur.

Des consoles pour parois ou des pièces d'écartement pour tubes 1136 maintiennent les tubes 117 à une certaine distance les uns des autres et bien parallèles entre eux ainsi qu'à la paroi intérieure du conduit extérieur 115 et à la paroi extérieure du conduit central 112. On peut maintenir à une certaine distance l'un de l'autre, dans la direction radiale, le conduit central 112 et le conduit extérieur 115

à l'aide de moyens identiques et de la tôle 1116.

Des serpentins 1137, dans lequels circule un réfrigérant, entourent l'extrémité extérieure aval

du conduit extérieur 115.

71 2473683

Suivant une autre forme de réalisation,

une plaque évidée refroidis par de l'eau et compor-

tant des ajutages convergents qui terminent le conduit central 114 et le passage annulaire 116 52 constitue la partie avant de l'extrémité du brûleur de la manière qui sera expliquée à propos de la

plaque évidée 2107 de la Fig. 10.

La Fig. 8 est une coupe transversale suivant la ligne 8-8 du brûleur représenté sur la Fig. 8. On voit sur la Fig. 8 que le faisceau central de tube 113 est entouré par le conduit central 112. La figure montre, en coupe transversale, le volume occupé par les interstices (Ic) entourant un certain nombre de tubes parallèles du faisceau de tube 113. Le courant d'alimentation en produits de réaction descend longitudinalement dans le passage central, traverse librement l'espace intersticiel

entourant le faisceau central 113 de tubes réguliè-

rement espacés. On obtient de la sorte, au droit du brûleur, un mélange intime des divers courants d'alimentation passant dans le faisceau central de tube et dans le volume central intersticiel du oonduit central. Sur la Fig. 8, le faisceau annulaire de tube 117 est représenté par douze tubes parallèles disposés suivant un anneau unique. On peut avoir de un à sept anneaux concentriques de tubes dans le passage annulaire 116 et également dans le passage central 114. Les tubes ont de préférence tous le même diamètre intérieur. Le courant d'alimentation en produits de réaction qui descend dans le passage annulaire 116 traverse librement la surface annulaire

(IA) intersticielle qui entoure les tubes réguliè-

rement espacés du faisceau 117. Il se produit ainsi au droit de la face du brûleur 1110, un mélange intime des courants de produits de réaction après écoulement de ceux-ci dans le faisceau annulaire de tube 117 et

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dans l'espace annulaire intersticiel qui entoure ce

faisceau annulaire.

La Fig. 9, comme signalé précédemment, repré-

sente de façon schématique une forme de réalisation de l'invention comportant.des moyens de réglage servant à modifier rapidement la valeur des débits des quatre courants qui alimentent le brûleur de la Fig. 7, dans un sens ou dans l'autre dans toute la gamme de débits pour laquelle ce brûleur est prévu; à l'aide de ces moyens, il est possible de régler l'installation en

fonction des variations des besoins en gaz. Cette ins-

tallation de réglage a également pour râle de conserver la composition désirée des gaz par réglage des débits

de l'un des produits de-réaction ou des deux.

Grâce à une telle installation de réglage de débit, il est possible de régler séparément des débits des quatre courants de produits de réaction de façon que le rapport atomique oxgène/carbone dans la zone réactionnelle demeure dans la gamme voulue, et que l'on obtienne une quantité bien définie de gaz

effluent à l'état brut.

L'installation de réglage telle que repré-

sentée sur la Fig. 9 a été spécialement conç,ue pour une boue de combustible carbonacé solide, mais on peut l'adapter au réglage de combustibles hydrocarbonés liquides ou gazeux simplement en modifiant les moyens

servant à faire varier le débit du courant combustible.

Les modifications qu'il convient d'apporter pour cela

seront décrites plus loin.

Un brûleur 111, du type représenté sur les Fig. 7 et 8 est monté dans l'entrée centrale 1140a munie d'une bride. située à la partie supérieure d'un

générateur classique de gaz de synthèse 1141 à écou-

lement libre, doublé d'un produit réfractaire, ce brûleur étant monté coaxialement à ce générateur. Ce brûleur 111 est conçu pour que l'on puisse atteindre le débit voulu de l'installation correspondant à un fonctionnement stationnaire ou même dépasser ce débit d'une quantité donnée, lorsque le débit dans tous les passages des deux parties du brûleur est à sa valeur maxima. A l'aide de cette installation de réglage. on peut, à volonté, modifier le débit dans un, deux, trois ou quatre courants de produits de réaction. En même temps, le rapport produits oxydants/combustible

dans les deux parties du brûleur demeure constant.

Le courant d'alimentation mesuré deboue de combustible carboné solide, à savoir la boue charbon/eau contenue dans la conduite 1142, est divisée en deux courants d'alimentation 1143 et 1144 par des moyens de réglage

d'écoulement disposés dans chacune des conduites.

Le débit en poids ou en volume de la boue qui circule dans chacune des conduites d'alimentation en direction

du brûleur dépend de la construction de ce brûleur.

C'est ainsi par exemple que l'on peut donner aux passages du brûleur des dimensions telles qu'un tiers de la quantité totale de boue de combustible carboné solide circulant dans la conduite 1142 puisse passer dans le faisceau central de tubes 113 à une vitesse comprise dans la gamme désirée de vitesses. En même temps, les deux tiers restants de cette boue de combustible carboné solide se déversent dans le faisceau annulaire de tubes117, également à une vitesse comprise dans la gamme indiquée. Les soupapes ou clapets 1176, 1177 sont normalement ouvertes, mais on peut commander chacune d'elles à la main ou automatiquement de manière à arrêter complètement le courant qui la traverse. Cela peut se présenter par exemple, dans une autre forme de réalisation que l'on décrira plus loin, lorsque l'on désire arrêter le brûleur en n'agissant sur ce dernier soit dans la partie centrale (c'est-à-dire

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le faisceau central du tube 113 et le passage annulaire

114), soit dans la partie annulaire extérieure (c'est-

à-dire faisceau annulaire de tube 117 et passage annu-

laire 116).

On envoie par pompage la fraction du courant de boue contenue dans la conduite 1143, dans la zone réactionnelle du générateur de gaz de synthèse 1141, à l'aide d'une pompe volumétrique foulante 1145 comportant un dispositif 1146 de réglage de vitesse, une conduite 1147, un dispositif de mesure de débit et d'émission 11148, une conduite 1149, une soupape 1177 normalement ouverte, une conduite 1150, une entrée 120 du brûleur 121, un collecteur central 1119 et le faisceau central de

tube 113.

On règle le débit de la boue dans la conduite 1143 en fonction de la vitesse de la pompe volumétrique foulante 1145. On mesure le débit de cette boue et l'émetteur 1148 fournit un signal a qui correspond

au débit de la boue dans la conduite 1143. Le dispo-

sitif 1151 dans l'enregistrement et de réglage de débit reçoit ce signal a et fournit au dispositif de réglage de vitesse 1146. un signal servant à régler dans un sens ou dans l'autre la vitesse de la pompe 1145 de façon que le débit de la boue prenne une valeur donnée ou point de réglage. On peut ainsi régler le débit par exemple jusqu'à 50 % du débit maximum

pour lequel le brûleur a été conçu. Le débit corres-

pondant au point de réglage peut, dans chaque cas, se déterminer par des calculs classiques reposant sur l'équilibre de toute l'installation, en ce qui concerne la chaleur et les poids. Suivant une variante, les paramètres destinés à de tels calculs peuvent être mesurés à l'aide de détecteurs de type classique et les signaux correspondants, y compris le signal a, peuvent par exemple être envoyés dans un organe de réglage global ou calculateur 1140. On compare au signal a la valeur calculée par le calculateur ou le point de réglage introduit à la main en ce qui concerne le débit de boue désiré, et en réponse à - cette valeur un signal c est émis, ce signal servant à régler la vitesse de la pompe 1145. Le signal 11c peut être envoyé directement dans le dispositif de

réglage de vitesse 1146 ou indirectement, par l'in-

termédiaire du dispositif 1151 d'enregistrement et

de réglage de débit. Suivant une variante, le dispo-

sitif d'enregistrement et de réglage de débit 1151 peut recevoir le signal a de l'émetteur 1148 et le signal c, du moyen de commande 1140. et caloulé le signal de réglage de vitesse destiné au fonctionnement

du dispositif 1146 de réglage de vitesse.

Simultanément,. on introduit par pompage la fraction restante du courant d'alimentation en boue contenu dans la conduite 1144. dans la zone réactionnelle du générateur 1141 de gaz de synthèse, à l'aide de la pompe volumétrique foulante 1155, qui est équipée du dispositif 1156 du réglage de vitesse, de la conduite 1157. du dispositif de mesure de débit et d'émission 1158, de la conduite 1159, de la soupape normalement ouverte 1176, de la conduite 1160, de l'entrée 1129 du brûleur 111, du collecteur

annulaire 1128 et du faisceau annulaire de tube 117.

On règle le débit de boue dans la conduite 1144 en fonction de la vitesse de la pompe volumétrique

foulante 1155. On mesure le débit de la boue et l'émet-

teur 1158 fournit un signal d qui correspond au débit

de la boue dans la conduite 1144. Le dispositif d'en-

registrement et de réglage de débit 1161 reçoit ce ssignal d et fournit au dispositif de réglage de vitesse 1156 un signal permettant de régler dans un sens ou dans l'autre, selon les besoins, la vitesse de

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la pompe 1155. de manière que le débit de la boue prenne une valeur donnée ou point de réglage. On peut ainsi régler le débit par exemple jusqu'a 50. % du débit maximum pour lequel le brûleur a été conçu. Suivant une variante. on peut assurer le réglage du débit de la boue dans la conduite 1144 en envoyant le signal d dans l'organe de commande 1140. Le signal f provenant de cet organe de commande 1140 est envoyé dans le dispositif 1161 de-réglage et d'enregistrement ou directement dans l'organe de réglage de vitesse 1156 en vue de régler la vitesse de la pompe 1155, de la manière décrite plus haut en ce qui concerne le réglage

du débit de la boue dans la conduite 1143.

Simultanément, la quantité convenable de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre contenue dans la conduite 1162 pour assurer l'oxydation partielle de la quantité correspondante de boue du combustible carboné solide circulant dans la conduite 1142, est divisée en deux courants 1163 et 1164 par des organes

de réglage de débit situés dans chacune des conduites.

Le débit du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre circulant dans chacune des conduites d'alimentation en direction du brûleur est fonction de la construction de ce brûleur. A titre d'exemple, on peut donner aux passages de ce brûleur des dimensions telles qu'un

tiers de la quantité totale de gaz contenant de l'oxy-

gène à l'état libre qui circule dans la conduite 1162 puisse se déverser dans le passage annulaire 114 à

une vitesse comprise dans la gamme de vitesses indiquée.

On peut commander, à la main ou automatiquement. les

soupapes 1165 et 1166 en vue de régler le débit respec-

tivement dans les conduites 1163 et 1164. C'est ainsi par exemple que l'on peut procéder à-un réglage allant jusqu'à 50 % du débit maximum pour lequel le brûleur

a été conçu.

Simultanément, les deux tiers restants de la quantité totale de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre sont chassés par le passage annulaire 116 de la seconde partie du brûleur, à une vitesse comprise dans la gamme de vitesses indiquée. Les soupapes 1165 et 1166 sont normalement ouvertes, mais on peut agir à la main ou automatiquement sur chacune de ces soupapes en vue d'arrêter le courant qui y circule. Dans la forme de réalisation que l'on décrira plus loin, on peut commander le brûleur soit dans la partie centrale, soit dans la partie extérieure, en fermant complètement

la soupape correspondante 1166 ou 1165, tout en mainte- nant l'autre soupape ouverte ou simplement partiellement fermée. En

général, on agit simultanément sur ces deux soupapes, de façon que la variation du débit soit la

même dans la conduite 1163 et dans la conduite 1164.

Simultanément, on procède à des réglages des organes de commande de vitesse 1146 et 1156 afin de provoquer une variation correspondante du débit de la boue dans les conduites 1143 et 1144. De la sorte, le rapport atomique oxygène/carbone dans la zone réactionnelle

demeure à la valeur donnée.

La fraction du courant de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre contenue dans la conduite 1163 est introduite dans la zone réactionnelle du générateur 1141 de gaz de synthèse après avoir traversé l'émetteur 1167, la conduite 1168, la soupape normalement ouverte 1165, la conduite 1170 et l'entrée 1125 du passage central 114 du brûleur 111. Le débit du gaz contenant de l'oxygène à l'état libre dans la conduite 1163 est réglé par la soupape 1165. On mesure ce débit du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre et l'émetteur 1167 fournit un signal b qui correspond au débit du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre dans la conduite 1163. Le dispositif d'enregistrment et de

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réglage 1174 reçoit le signal b et il envoie dans la soupape 1165 un signal servant à régler, éventuellement, le débit dans un sens ou dans l'autre, de manière que le débit du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre prenne une valeur donnée ou point de réglage.-On peut de la sorte porcéder au réglage du débit par exemple jusqu'à 50 % du débit maximum pour lequel le brûleur a été conçu. On peut procéder. par des moyens classiques ou à l'aide de calculatrices, à des calculs-reposant sur l'équilibre thermique et l'équilibre des poids de l'installation, en vue de déterminer ce point de réglage, comme expliqué précédemment. 1 Simultanément, la fraction restante du courant d'alimentation en gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre dans la condutie 1164 est introduite dans la zone réactionnelle du générateur 1141 du gaz de synthèse après avoir traversé l'émetteur 1171, la conduite 1172, la soupape normalement ouverte 1166, la conduite 1173

et l'entrée 1135 du passage annulaire 116 du brûleur 111.

On règle le débit du gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre dans la conduite 1164 à l'aide de la soupape 1166. On mesure le débit de ce gaz renfermant d l'oxygène à l'état libre et l'émetteur 1171 fournit un signal e qui correspond au débit du gaz renfermant

de l'oxygène à l'état libre dans la conduite 1164.

Le dispositif d'enregistrement et de réglage 1175 reçoit ce signal e et. fournit à la soupape 1166 un signal servant à régler, éventuellement, le débit dans un sens ou dans l'autre, de façon que le débit du gaz renfermant de l'oxygène à l'état liquide prenne une valeur donnée ou point de réglage. On peut de la sorte régler le débit par exemple jusqu'à 50 % du

débit maximum pour lequel le brûleur a été conçu.

On peut, suivant une variante, faire appel à un organe de réglage 1140 pour régler le débit de

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l'un ou l'autre des courants de gaz renfermant de l'oxy-

gène à l'état libre ou les deux. Dans ce cas., le signal

b provenant de l'émetteur 1167 et/ou le signal e prove-

nant de l'émetteur 1171 sont comparés dans cet organe de réglage 1140 à la valeur fournie par la calculatrice ou point de réglage. A la suite de cette opération, le signal j et/ou le signal h sont émis et ils servent à ouvrir ou fermer partiellement la soupape 1165 et/ou la soupape 1166. Les dispositifs d'enregistrement et de réglage 1174 et/ou 1175 peuvent, suivant une variante, recevoir respectivement les signaux j et h et/ou les signaux b et e et calculer le signal de réglage de débit

pour actionner les soupapes 1165 et/ou 1166.

En cours de fonctionnement normal, toutes les soupapes de l'installation sont ouvertes, de telle

sorte que le débit à la traversée du brûleur est appro-

ximativement égal à celui pour lequel le brûleur a été conçu. On obtient une diminution de 50 % par rapport au fonctionnement normal du brûleur 111 en procédant simultanément à une diminution de la vitesse des pompes 1145 et 1150 et à une fermeture partielle des soupapes 1165 et 1166,.ce qui a pour effet de réduire d'environ % les débits respectifs des courants de boue dans les conduites 1150 et 1160 et des deux courants de gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre dans les conduites 1170 et 1173. Les soupapes de réglage 1177 et 1176 demeurent ouvertes. Il ne se produit aucune variation de la valeur prévue du quotient du nombre d'atomes d'oxygène dans le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre par le nombre d'atomes de carbone dans la boue de combustible carbonacé solide (rapport atomique oxygène/carbone) dans chacune des parties du brûleur

et dans la zone réactionnelle.

On peut actionner, à la main ou automatiquement, des dispositifs de réglage de vitesse 1146 et 1156 ainsi que les soupapes 1165 et 1166 à l'aide de l'organe as de commande 1140, comme expliqué précédemment. Le signal qui alimente cet organe de commande 1140 peut être obtenu à la mfiain ou ce peut. être un signal émis

par une calculatrice, un analyseur ou un détecteur.

L'organe de commande 1140 comprend des circuits et des composants de type classique destinés à fournir des signaux, pneumatiques ou électroniques destinés à actionner lesdites commandes de vitesse et lesdites soupapes, Il convient de signaler que les opérations précédentes destinées à diminuer le débit total dans le brûleur ne peuvent s'appliquer que lorsque les vitesses de sortie des divers courants d'alimentation ne sont pas inférieurs à la vitesse de propagation des flammes. Un autre moyen de ralentir le brûleur 111 consiste à maintenir le débit dans le conduit central 114 ou dans le passage annulaire extérieur 116 et dans

les tubes correspondants. Une telle opération de dimi-

nution de débit peut être associée aux opérations signalées plus haut. par lesquelles le débit dans l'une ou l'autre des deux parties du brûleur, ou dans les deux, peut être diminué. par exemple de 50 %. On peut faire appel à un réglage à la main ou à un réglage automatique pour boucher un jeu de tubes et le passage périphérique correspondant. On peut de la sorte obtenir deux autres gammes de débit. A titre d'exemple, comme représenté sur la Fig. 9, on peut obtenir un tiers des conditions normales d'écoulement dans le brûleur - 111 en n'utilisant que le conduit central 114 et le faisceau central de tube 113 correspondant. Dans ce cas, les soupapes 1177 et 1165 sont ouvertes tandis que les soupapes 1176 et 1166 sont fermées. Les soupapes 1176 et 1166, qui sont normalement ouvertes, peuvent être fermées à la main ou encore par les signaux g et h émis par l'organe de commande 1140.. On peut encore réduire ce débit, par exemple jusqu'à 50 %, comme

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indiqué plus haut, en actionnant l'organe 1146 de com-

mande de vitesse et en fermant partiellement la sou-

pape 1165. Suivant un autre exemple, on peut ramener le débit aux deux tiers des conditions normales de fonctionnement du brûleur 111 en n'utilisant que le débit dans le passage annulaire extérieur 116 et dans le faisceau annulaire de tube 117 correspondant. Dans ce cas, les soupapes 1176 et 1166 sont ouvertes tandis

que les soupapes 1177 et 1165 sont fermées. Les sou-

papes 1177 et 1165, qui sont normalement ouvertes,

peuvent être fermées soit à la main, soit respective-

ment par les signaux i et j émis par l'organe de commande 1140. On peut diminuer encore ce débit et le ramener par exemple à 50 % de la valeur normale, en actionnant l'organe de commande de vitesse 1156 et

en fermant partiellement la soupape 1166.

On peut modifier les dimensions des tubes du brûleur et des conduits en vue d'obtenir d'autres divisions du débit. A titre d'exemple, selon une autre forme de réalisation, on peut faire passer un quart du débit normal de combustible et de produits oxydants dans les tubes centraux et dans le conduit central, les trois quart restants pouvant passer

par les tubes annulaires et le passage annulaire.

La Fig. 10, comme indiqué précédemment, est une coupe schématique, longitudinale et verticale, d'une autre forme de réalisation du brûleur selon l'invention. Il y a deux chambres de mélange préalable

disposées en série dans le conduit central et égale-

ment dans le passage annulaire. Les extrémités du faisceau central et du faisceau annulaire de tube sont en retrait, en amont de la face du brûleur. Sur la Fig. 10, le brûleur 280 comprend le conduit central 281 qui, en partie, consitute la paroi 282 entre le passage central 283 et le passage annulaire coaxial 284, deux rangées d'un faisceau central de 8 2

-2 2473683

tubes parallèles 285 disposés longitudinalement dans

la partie supérieure du passage central 283 et pré-

sentant des extrémités amont 286 qui traversent la tôle 287 de façon parfaitement étanche aux gaz et des extrémités aval 288 qui sont en retrait en amont de la face 289 de l'extrémité aval du brûleur 280,

un conduit extérieur 290 entourant la direction lon-

gitudinale, ledit passage annulaire 284 auquel il est coaxial, deux rangées d'un faisceau de tubes parallèles 295 disposés longitudinalement dans le passage annulaire 284, des extrémités amont 296 de ces tubes du faisceau traversant une tôle 297 de façon étanche aux gaz et des extrémités aval 298

étant en retrait en amont de la face 289, un collec-

teur 2100 de -forme annulaire qui communique avec les extrémités amont 296 de ce faisceau annulaire de tube 295, un collecteur 2101, par exemple de forme cylindrique, qui communique avec les extrémités supérieures 286 de ce faisceau central de tubes 285, des moyens d'entrée 2102 pour l'introduction d'un premier courant d'alimentation dans ledit collecteur

central 2101, des moyens d'entrée 2103 pour l'intro-

duction d'un second courant d'alimentation dans ledit passage central 283 et dans les interstices qui entourent ce faisceau central de tubes 285, des

moyens d'entrée 2104 pour l'introduction d'un troi-

sième courant dans ledit collecteur annulaire 2100, des moyens d'entrée 2105 pour l'introduction d'un quatrième courant d'alimentation dans ledit passage annulaire 284 et dans les interstices qui entourent le faisceau annulaire du tube 295, des serpentins 2106 qui entourent le pourtour extérieur du conduit extérieur 280 dans le sens de sa longueur et une chambre évidée 2107 de refroidissement située à

l'extrémité aval du brûleur.

83 2473683

Une tôle centrale 287 en-forme de disque

bouche le passage central 283 au-dessous de son extré-

mité amont. De même, une tôle annulaire 297 bouche le passage annulaire 284 au-dessous de son extrémité supérieure. On peut faire appel à des moyens classiques (par exemple soudage, tournage, sertissage, filetage ou laminage) pour réaliser un joint étanche à la pression et aux gaz aux endroits o le faisceau central et le faisceau annulaire de tubes traversent leurs tôles respectives. On peut tout aussi bien faire appel à des éléments mécaniques de pression ou

à des dispositifs d'accouplement.

La plaque 2108, éventuellement en forme de disque, bouche l'extrémité supérieure du conduit central 281. L'espace délimité par cette plaque 2108 et par la tôle 287 constituent ledit collecteur central 2101. De la sorte, par exemple, on peut

introduire une fraction d'un premier courant d'ali-

mentation en produits de réaction contenu dans le tuyau 2102, dans le collecteur central 2101. ce courant d'alimentation se divisant ensuite en une série de courants qui traversent la tôle 287 et passent dans les divers tubes du faisceau central 285. Lé disque de forme annulaire 2109 bouche l'extrémité supérieure du passage annulaire 284. L'espace compris entre ce disque et la tôle annulaire 297 constitue le collecteur annulaire 2100. En même temps et dans le même sens que le premier courant d'alimentation

en produits de réaction, le troisième courant d'ali-

mentation en produits de réaction contenu dans le tuyau 2104 peut pénétrer dans le collecteur annulaire 2100 puis se diviser en une série de courants qui traversent la tôle 297 et passent dans les divers

tubes du faisceau annulaire 295.

Des consoles pour parois ou des pièces d'écartement 2115 retiennent à une certaine distance

les uns des autres les-divers tubes du faisceau annu-

laire 295 en les maintenant bien parallèles les uns

aux autres et à la paroi intérieure du conduit exté-

rieur 290. De la même façon, des consoles ou pièces d'écartement 2116 retiennent les divers tubes du faisceau central 285 en les maintenant bien parallèles les uns aux autres ainsi qu'à la paroi intérieure du

conduit central 281 et à la paroi extérieure du con-

duit central 281.

Dans le cas de la forme de réalisation représentée sur la Fig. 10, les zones de mélange préalable comprennent deux chambres distinctes de mélange préalable 2117 et 2118 coaxiales et montées en série dans le conduit central 283 et deux chambres annulaires de mélange préalable 2119 e-t 2120 coaxiales

entre elles et montées en série dans le passage annu-

laire 284, toutefois ce nombre de chambres n'est pas limitatif et, dans d'autres formes de réalisation, la zone de mélange préalable pourrait ne comporter qu'une seul chambre de mélange préalable central

et/ou une seule chambre de mélange préalable annu-

laire, ou au contraire comporter de deux à cinq chambres centrales et chambres annulaires. Chacune des chambres centrales de mélange préalable, sauf

la première de la série, consiste en un corps cy-

lindrique 2121. prolongé par une partie coaxiale de

* sortie 2122 formant un tronc de cane au moins par-

tiellement convergent, qui peut se prolonger par

une partie cylindrique 2123. Cette sortie repré-

sentée sur la Fig. 10 sous la forme d'iun ajutage central convergent 2124 arrive au droit de la face aval du brûleur. Des ajutages 2124 et 2133 que l'on

décrira plus loin peuvent être en un matériau résis-

tant à la chaleur et à l'usure, par exemple en carbure

de silicium ou en carbure de tungstène.

La première chambre centrale de mélange

préalable de la série peut comporter un corps cylin-

drique 2125 qui débouche par son orifice circulaire 2126 directement dans la chambre de mélange préalable coaxiale 2118 qui lui fait suite immédiatement dans la série. De façon avantageuse, l'entrée de la première chambre centrale de mélange préalable 2117 est

constituée par une fraction d'une portion 2127 tron-

conique convergente.

Chacune des chambres annulaires coaxiales de mélange préalable 2120 sauf la première chambre annulaire 2119, comprend un corps annulaire de forme cylindrique 2130, suivi par une sortie annulaire 2131 de forme tronconique partiellement convergente qui

peut se prolonger éventuellement par une partie annu-

laire cylindrique coaxiele 2132. Cette partie exté-

rieure est représentée sur la Fig. 10 sous la forme d'un ajutage annulaire convergent de sortie 2133 qui arrive au droit de la face aval du brûleur. La première chambre annulaire de mélange préalable 2119 comprend un corps annulaire cylindrique coaxial 2134, qui débouche par son orifice annulaire 2135 dans la chambre annulaire de mélange préalable 2120 qui lui fait suite immédiatement dans la série. De façon

avantageuse, l'entrée de la première chambre annu-

laire de mélange préalable 2119 consiste en une fraction d'une-partie en forme de tronc de cône convergent 2136. La plaque évidée 2107 comprend une partie avant 2137 située tout à fait à l'extrémité du brûleur, cette partie pouvant plate ou incurvée et contenant une chambre annulaire de refroidissement 2138 qui lui est coaxiale entourant l'ajutage 2124

de sortie du conduit central et/ou une chambre annu-

laire de refroidissement 2139 coaxiale à la précédente et qui entoure ledit ajutage annulaire de sortie 2133

situé à l'extrémité du brûleur. La-chambre de refroi-

dissement peut se raccorder à l'extrémité du brûleur, qui, par ailleurs, est plate, comme représenté sur la Fig. 7, ou bien cette chambre peut consister en un prolongement du conduit central et du conduit extérieur. L'eau froide de refroidissement contenue

dans la conduite 2140 pénètre dans la chambre annu-

laire de refroidissement 2139, se divise en plusieurs courants sous l'action de chicanes et tourne de 1800 O puis elle ressort par une sortie opposée raccordée

aux serpentins extérieurs 2106. De l'eau de refroi-

dissement pénètre dans la chambre annulaire de re-

froidissement 2138 par la conduite 2145 raccordée au passate 2146, qui descend le long de la paroi 282 du conduit central 281. L'eau de refroidissement se divise en plusieurs courants sous l'action de chicanes, elle tourne d'environ 1800 autour du canal central de refroidissement 2138 et elle ressort par un passage longitudinal de sens opposé et coaxial (non repréenté) identique au passage 146 mais situé

en un autre endroit de la paroi 282.

On peut éventuellement introduire un courant d'alimentation à l'état gazeux (constitué par exemple par de la vapeur d'eau, par un gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre, par du gaz carbonique, de l'azote, un gaz combustible, une fraction remise en circuit du produit gazeux et leurs mélanges) dans au moins l'une des chambres centrales et/ou des chambres annulaires de mélange préalable, à l'aide d'au moins un tuyau d'entrée 2149, raccordé à au moins un passage longitudinal 2147 pratiqué dans la paroi 282 du conduit central 281 et au moins une ramification 2148 reliant ledit passage longitudinal

2147 auxdites chambres de mélange préalable.

La Fig. 11 représente une autre forme de réalisation, semblable à celle des Fig. 1 et 2, avec toutefois cette différence que le conduit intérieur central 15 est remplacé par un faisceau central de tubes hélicoïdaux 15'. Les éléments identiques à ceux des Fig. 1 et 2 sont désignés par les mêmes

numéros de références et la description qui va

suivre ne se rapportera qu'aux caractéristiques

de construction qui diffèrent des Fig. 1 et 2.

Sur la Fig. 11, on a représenté en coupe longitudinale schématique une forme de réalisation de brûleurs à tourbillons. Cette figure comporte un faisceau central de tubes hélicoïdaux 15' non obstrués en retrait, entouré par un conduit 'extérieur coaxial 16. On n'a représenté qu'un seul anneau

coaxial de deux serpentins. Des éléments 18 d'écar-

tement et de support permettent de former une série de passages hélicoïdaux 17 à écoulement libre dans l'espace cylindrique qui entoure le faisceau central

de tubes hélicoïdaux 15'.

Suivant une autre forme de réalisation (non représentée), les entrées et les sorties des serpentins du faisceau central de tubes hélicoïdaux

' sont situées aux intersections d'une série d'an-

neaux concentriques et d'une série de rangées

radiales régulièrement espacées. Les côtés des ser-

pentins d'anneaux concentriques adjacents peuvent

se toucher ou non. De la sorte, le courant d'alimen-

tation qui pénètre dans le conduit extérieur 16 par l'entrée 8 peut descendre le long d'une série de passages hélicoïdaux ou pénétrer dans les interstices

entre les serpentins.

Les orifices de sortie 20' aux extrémités aval des divers serpentins 19 du faisceau central de tubes 15' sont de préférence circulaires en coups et se terminent dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal du brûleur. Le conduit extérieur 16 se termine, à -l'extrémité aval

de ce brûleur, par l'ajutage convergent 21.

Le fonctionnement du brûleur de la Fig. Il est le suivant: L'un quelconque des courants de produits de réaction (voir tableau II) peut pénétrer dans le brûleur par l'entrée 9 et passer directement dans le collecteur central 25.. Ce collecteur central est une chambre cylindrique fermée qui comprend une tête supérieure 26 fermée et une tôle inférieure 27. Les extrémités amont ouvertes 28 des divers serpentins 19

traversent cette tôle 27 à angle droit, de façon par-

faitement étanche aux gaz. De cette manière, les extré-

mités amont des passages hélicoïdaux 17 du conduit

extérieur 16 sont fermées.

Le courant d'alimentation contenu dans le collecteur central 25A se divise en -une série de courants qui descendent en tourbillonnant dans les divers serpentins à écoulement libre 19, sortent par les orifices de sortie 20 et pénètrent dans la zone de mélange préalable 25Acomme représenté sur la Fig. 11. Simultanément et dans le même sens, le second courant de produits de réaction pénètre dans le brûleur selon l'invention par l'entrée 8 et il se divise en une série de courants qui descendent en tourbillonnant de la partie amont 30 du conduit extérieur 18 par la série de passages hélicoïdaux à écoulement libre 17 ou qui descendent par les interstices entre les divers serpentins, ou encore qui descendent de ces deux manières. Les deux courants de produits de réaction se heurtent dan- s la zone 25 de mélange préalable o ils se mélangent de façon intime. De plus, un échange de chaleur directe entre les deux courants de produits de réaction se produit dans cette zone de mélange préalable 25. On règle la température de la zone de mélange préalable de

8;9 2473683

façon qu'une quantité réglée (comprise entre 0 et 100 % en volume, et mieux entre 2 et 80 %) du support, ou véhicule, liquide puisse se vaporiser sans brûler. On peut réaliser le réglage de température dans la zone de mélange préalable en réglant divers facteurs comme par exemple le temps de séjour et la quantité de chaleur contenue dans le courant qui arrive ainsi que le degré de refroidissement extérieur assuré éventuellement par des serpentins 4. La zone de mélange 25 A est pratiquement exempte de toute obstruction à l'écoulement libre des

matériaux qui y-circulent.

La vitesse de la boue de combustible carbo-

nacé solide du support liquide qui passe par les ori-

fices de sortie 20 du faisceau central de tubes héli-

coldaux 15' ou encore qui sort par les passages 17, est comprise entre environ 1,5 m et 30 m/s, par exemple

entre 3 et 15 mètres et, mieux, entre 0,10 et 6 m/s.

La vitesse correspondante du gaz renfermant de l'oxy-

gène à l'état libre qui passe simultanément par l'autre passage du brûleur (éventuellement avec adjonction de vapeur d'eau) est comprise entre environ 45 m/s et la célérité du son, par exemple entre environ 30 et m/s et, mieux entre 60 et 150 m/s. La boue de combustible carbonacé solide dans un support liquide pénètre dans la zone de mélange préalable en phase liquide, à une température comprise environ entre la température ambiante et 2600C et inférieure à la température de vaporisation du support liquide. La pression peut, par exemple être comprise entre

environ 5,3 et 315 bars, tandis que, simul-

tanément, le gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre (éventuellement avec adjonction de vapeur d'eau) pénètre dans la zone de mélange préalable à une température comprise environ la température ambiante et 650'C, par exemple entre 40 et 317'C et sous une

pression comprise entre environ 5,3 et 315 bars.

go 2473683 Un mélange intime et un échange direct de chaleur se produisent entre les deux courants de produits de réaction, dans la zone de mélange préalable. Le degré de volatilisation du support liquide dans la zone de mélange préalable peut être compris entre 0 et 100 % en volume, par exemple entre 20 et 35 %, lorsque le' gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre est introduit à une température comprise entre environ 150 et 3170C, ou entre environ 70 et 100 % en volume lorsque ce gaz renfermant de l'oxygène à l'état libre pénètre sous la forme d'air ayant été préalablement porté à une température comprise entre environ 540 et 1500C. Le mélange à plusieurs phases contenu dans la zone de mélange préalable est à une température inférieure à la température d'auto- allumage. Ce mélange à plusieurs phases quitte le brûleur 1 par l'orifice de sortie 21, à une vitesse comprise entre environ 22 et 180 m/s, par exemple entre 45 et 100 m/s et supérieure à la vitesse de propagation des flammes, et ce mélange descend ensuite directement dans la zone réactionnelle

non obstruée du générateur de gaz partiellement oxydés.

L'extrémité aval du conduit extérieur 16 représenté sur la Fig. 12, peut, suivant une autre forme de réalisation, avoir la forme représentée sur la Fig. 3 telle que décrite ci-dessus à propos de

ces figures. Comme représenté sur la Fig. 12, corres-

pondant à une autre forme de réalisation, à l'extré-

mité aval du conduit extérieur 16 représenté sur la Fig. 11, l'ajutage de sortie 35 qui est en un matériau

résistant à l'usure (par exemple en carbure de tungs-

tène ou en carbure de silicium) comprend une partie arrière tronconique convergente 22 qui se prolonge par

une partie avant 23 divergente de forme tronconique.

Le pourtour tronconique de l'orifice de sortie 35

est porté par la cavité convergente tronconique cor-

respondante 36 de la chambre annulaire de refroidisse-

ment 2. A titre d'exemple, l'orifice de sortie 35

91 2473683

(on carbure de tungstène) peut être raccordé à l'ex-

trémité aval du conduit extérieur 16 par raccordement de la face arrière 37 de la chambre de refroidissement 2 avec la face avant de la bride extrême 38 située à l'extrémité aval du conduit extérieur 16. L'eau de refroidissement peut pénétrer dans la partie évasée 24

de la chambre de refroidissement 2 de la manière indi-

quée à propos du tuyau 3 de la Fig. 1. Eventuellement, un serpentin de refroidissement entoure le conduit extérieur 16 de la manière représentée sur la Fig. 1 à propos du serpentin 4. Les boues très chaudes à grande vitesse de combustible solide sont abrasives, mais on peut prolonger considérablement la durée d'utilisation du brûleur selon l'invention en réalisant l'ajutage de sortie 35 en un matériau résistant à l'usure. La Fig. 13 est, comme indiqué précédemment, une représentation longitudinale verticale d'une autre forme de réalisation du brûleur à tourbillons selon l'invention; toutefois ce nouveau brûleur possède des caractéristiques nouvelles de mélange préalable de fortes diminutions de débit. La construction de cette nouvelle forme de réalisation correspond, dans les grandes lignes, à celle de la Fig. 10 et les éléments identiques à ceux de la Fig. 10 sont désignés par les mêmes numéros de référence et ne seront pas décrits de façon détaillée. Il est prévu deux chambres de mélange préalable disposées en série dans le conduit

central ainsi que dans le passage annulaire. Les extré-

mités du faisceau central et du faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux sont représentées comme étant en retrait en amont de la face du brûleur. Ce dernier peut être actDnné à l'aide de courants d'alimentation passant soit par le faisceau central ou par le faisceau annulaire ou par les deux et par la série de passages

92 2473683 hélicodaux des conduits correspondants qui entourent ces faisceaux de

tubes. De la sorte, la circulation de l'intérieur du brûleur peut se faire vers le haut ou vers le bas. Sur la Fig. 13, le brûleur 280 comprend une partie centrale et une partie annulaire. Cette partie centrale est identique à celle de la forme de réalisation représentée sur la Fig. 11. Un faisceau central de tubes hélicoïdaux 285' descend dans la partie supérieure du passage central 283. La partie centrale représentée sur la Fig. 13 ne comprend qu'un

seul anneau concentrique avec deux serpentins 289.

Toutefois, dans d'autres formes de réalisation, la

partie centrale peut comporter toute une série d'an-

neaux concentriques renfermant une série de tubes hélicoïdaux. Les entrées amont 286' des serpentins 289 traversent la tôle 287 de façon parfaitement étanche aux gaz. Ces entrées sont représentées suivant deux rangées radiales décalées de 1800. Des extrémités aval 288' sont en retrait en amont de la face 2137 de l'extrémité aval du brûleur 281. Des éléments de support et, éventuellement, des éléments d'écartement

218 peuvent constituer une série de passages héli-

coi-daux 217 à écoulement libre dans l'espace cylin-

drique qui entoure le faisceau central de tubes héli-

coldaux 285'.

Dans la partie annulaire du brûleur 280, le conduit extérieur coaxial 290 entoure le passage annulaire 284' dans le sens de sa longueur. Un faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux 295' descend par le passage annulaire 284' et il comporte quatre anneaux coaxiaux de tubes hélicoïdaux 295'. La figure

ne représente que deux de la série des rangées radiales.

De plus, on a représenté quatreseulement des serpentins de chaque anneau, à titre explicatif. Pour rendre l'explication plus claire, on a interrompu deux des

93 2473683

serpentins au voisinage des entrées amont. Le nombre véritable de serpentins d'un anneau concentrique dépend de la dimension du tuyau, du diamètre de l'anneau et de l'écartement entre rangées radiales. Des éléments 291 d'écartement et de support peuvent constituer une série de passages hélicoïdaux 292 à écoulement libre dans l'espace annulaire qui entoure le faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux 295'. Les extrémités amont d'entrée 296' des serpentins concentriques 295' traversent la tôle 297 de façon parfaitement étanche aux gaz. Les extrémités 298' de sortie des tubes aval

sont représentées en retrait, en amont de la face 2137.

Suivant une autre forme de réalisation non représentée selon laquelle le passage annulaire 284'ne comporte aucune chambre de mélange préalable, les extrémités aval 298' des serpentins 295' peuvent arriver au ras de la face 2137 du brûleur. Le collecteur annulaire 2100 communique avec les extrémités amont 296' de ce faisceau annulaire de tubes 295'. Le collecteur 2101 qui est par exemple de forme cylindrique, communique avec les extrémités supérieures 286' de ce faisceau

central de tubes 285'.

L'élément d'entrée 2102 sert à introduire un premier courant d'alimentation dans ledit collecteur

central 2101. L'élément d'entrée 2103, situé au voisi-

nage de l'extrémité amont du conduit central 282, sert à introduire un second courant d'alimentation dans l'extrémité amont du passage central 283 et, de là, dans les passages hélicoïdaux et/ou les interstices qui entourent le faisceau central de tubes 285'. De

la même manière, l'élément d'entrée 2104 sert à intro-

duire un troisième courant d'alimentation dans le collecteur annulaire 2100. L'élément d'entrée 2105 situé au voisinage des extrémités amont du conduit extérieur 290, sert à introduire un quatrième courant

d'alimentation dans l'extrémité amont du passage annu-

laire 284' et, de là, dans les passages hélicoïdaux et/ou dans les interstices qui entourent le faisceau annulaire de tubes 295'. Eventuellement et en vue d'assurer un mouvement plus fortement tourbillonnaire, on peut orienter les entrées 2103 et/ou 2105 de manière que le second et le quatrième courants d'alimentation puissent arriver tangentiellement respectivement dans

le conduit central 281 et dans le conduit extérieur 290.

Eventuellement, on peut orienter les entrées 2102 et/ou 2104 de façon que le premier et le quatrième courants

d'alimentation puissent arriver par la partie supé-

rieure respectivement du collecteur 2101 et 2100. Des consoles pour parois ou des pièces d'écartement 291 retiennent les divers tubes du faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux 295' en contact ou non avec les autres et avec la face intérieure du conduit extérieur 290. De la même manière, des consoles ou des pièces d'écartement 218 retiennent les divers tubes du faisceau central de tubes hélicoïdaux 285' en contact ou non et avec la paroi intérieure du conduit central 281. Les zones de mélange préalable de la forme de réalisation représentée sur la Fig. 13 comprennent deux chambres coaxiales de mélange préalable 2117 et 2118 disposées en série dans le conduit central 283

ainsi que deux chambres annulaires distinctes de mé-

lange préalable 2119 et 2120 disposées en série dans le passage annulaire 284: toutefois, dans d'autres formes de réalisation, la zone de mélange préalable pourrait ne comporter qu'une seule chambre centrale et/ou une seule chambre annulaire de mélange préalable ou au contraire être constituée par plusieurs (par exemple de 2 à S) de ces chambres, comme décrit plus

haut à propos de la Fig. 10.

2473683

Claims

REVENDICATIONS

1. Brûleur servant à mélanger des courants d'alimentation distincts de manière à fournir un mélange à plusieurs phases destinésà réagir dans un générateur de gaz partiellement oxydés, caractérisé

par le fait qu'il comprend: un moyen central d'écou-

lement (15) dont l'axe est confondu avec l'axe longi-

tudinal du brûleur et comportant un moyen amont (9) d'entrée par lequel un premier courant d'alimentation ou plusieurs courants d'alimentation peuvent arriver séparément et un moyen de sortie aval (20), un premier conduit coaxial extérieur (16), de même axe que ledit moyen d'écoulement (15) qu'il entoure et présentant une entrée amont (8) par laquelle un second courant d'alimentation peut arriver séparément et une sortie (21) qui constitue la fin dudit conduit extérieur (16),

au droit de l'extrémité aval du brûleur, cette extré-

mité aval (20) de ce moyen central d 'écoulement (15) étant en retrait, en amont de la face aval du brûleur,

à une distance égale à deux ou plusieurs fois le diamè-

tre minimum de ladite sortie aval (21) du conduit extérieur de manière à délimiter une zone (25A) de mélange préalable, et des moyens (18) servant à maintenir ledit moyen central d'écoulement (15) et le conduit extérieur (16) à une certaine distance les uns des autres de manière à constituer un ou plusieurs passages (17) par lesquels ledit second courant d'alimentation peut pénétrer séparément en même temps que ledit ou lesdits premiers courants d'alimentation dans ladite zone de mélange préalable (25A),dans laquelle se forme ledit mélange à plusieurs phases avant de s'échapper

par ladite sortie (21) du conduit extérieur.

2. Brûleur selon la revendication 1, caracté-

risé par le fait que ledit moyen central d'écoulement

consiste en un unique conduit central (15).

3. Brûleur selon la revendication 2, caracté-

risé par le fait qu'il comporte un conduit intermé-

diaire coaxial (53) (de même axe géométrique que-ledit

conduit central (15) et le conduit extérieur et présen-

tant une entrée amont par laquelle peut arriver séparément un troisième courant d'alimentation) et

un ajutage aval de sortie (46) qui constitue l'extré-

mité dudit conduit intermédaire, ce conduit intermé-

diaire (53) étant en retrait, en amont de la face aval du brûleur, à une distance comprise entre 0 et 12 fois le diamètre minimum dudit ajutage aval (21) de' sortie dudit conduit extérieur, et par le fait qu'il est prévu des moyens (18) servant à maintenir le conduit

central, le conduit intermédiaire et le conduit exté-

rieur à une certaine distance les uns des autres, dans la direction radiale, de manière à former un passage annulaire intermédiaire (17)eet un passage annulaire

extérieur (51) coaxiaux, ledit passage annulaire inter-

médiaire (17) étant situé entre le pourtour extérieur du conduit central (15) et le pourtour intérieur du conduit intermédiaire (53) et constituant le passage par lequel un troisième courant d'alimentation peut passer séparément en même temps que ledit premier courant d'alimentation et se déverser dans ladite zone de mélange préalable, o se forme un mélange à plusieurs phases de ce premier et de ce troisième courants d'alimentation, tandis que ledit passage annulaire extérieur (51) est situé entre le pourtour extérieur dudit conduit intermédiaire (53) et le pourtour intérieur dudit conduit extérieur et constitue le passage par lequel ce second courant d'alimentation peut passer séparément en même temps que le premier et le troisième courants d'alimentation, puisse se mélanger audit mélange à plusieurs phases du premier et du

troisième courants d'alimentation.

97 2473683

4. Brûleur selon la revendication 3, caracté-

risé par le fait que les parois dudit conduit inter-

médiaire (53) comportent une série de trous de passages (60 à 62) de petit diamètre, qui permettent audit second courant d'alimentation qui circule dans ledit conduit annulaire extérieur de traverser et de se mélanger à l'un des autres courants d'alimentation ou aux deux courants d'alimentation qui circulent simultanément, sous une pression faible, dans les autres passages ou zones de mélange préalable (25, 40)

de ce brûleur.

5. Brûleur selon la revendication 4, caracté-

risé par le fait qu'il comporte, à la partie aval dudit passage annulaire extérieur, des moyens de blocage servant à fermer complètement ou partiellement

la sortie aval dudit passage annulaire extérieur.

6. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 3 à 5, caractérisé par le fait que

l'extrémité dudit ajutage de sortie de conduit inter-

médiaire est en retrait, en amont de la face aval de ce brûleur, à une distance comprise entre environ 1,0 et 5 fois le diamètre minimum dudit ajutage de sortie du conduit extérieur, et par le fait que ledit second courant d'alimentation se mélange auxdits premier et troisième courants d'alimentation dans ladite zone de mélange préalable de manière à former

un mélange à plusieurs phases.

7. Brûleur selon la revendication 1, caracté-

risé par le fait que ledit moyen central d'écoulement (112) comprend: un faisceau central (113) de tubes répartis symétriquement, et par le fait qu'il comprend un premier conduit central zoaxial qui entoure ledit faisceau central de tubes (113) (ledit conduit central étant fermé à l'extrémité amont et comportant un orifice de sortie aval circulaire, non obstrué, au droit de

98 2473683

la face du brûleur) ledit faisceau central de tubes (113) traversant ladite extrémité amont fermée(1115) de façon parfaitement étanche aux gaz, les tubes (113) de ce faisceau central étant parallèle les uns aux autres ainsi qu'à l'axe géométrique du brûleur et étant disposé dans le sens de la longueur de ce conduit central sans se toucher et présentant des moyens d'entrée amont permettant d'introduire le premier courant d'alimentation et des extrémités aval par lesquelles le premier courant d'alimentation ressort, et des moyens d'entrée amont (1120) servant à introduire un troisième courant d'alimentation dans le conduit central et dans les interstices (I) entre l'e faisceau de tubes, et des moyens (1116) permettant de maintenir à une certaine distance les uns des autres, dans la direction radiale, le conduit central et le conduit extérieur de manière à constituer un passage annulaire coaxial (116) entre le pourtour extérieur du conduit central (112) et le pourtour intérieur dudit conduit extérieur, ledit passage annulaire étant fermé à son extrémité amont et comportant un orifice de sortie aval de forme annulaire, non obstrué, au droit de l'extrémité du brûleur, un faisceau annulaire de tubes (17), répartis de façon symétrique et qui traversent l'extrémité fermée dudit passage annulaire, de façon parfaitement étanche aux gaz, les tubes (117) dudit faisceau annulaire de tubes étant parallèles entre eux et parallèles à l'axe géométrique du brûleur et étant disposés dans la longueur dudit passage annulaire sans se toucher et présentant un moyen d'entrée amont

(1129) servant à introduire un quatrième courant d'ali-

mentation dans lesdits tubes (117) et des extrémités aval, par lesquelles ce quatrième courant d'alimentation peut ressortir, lesdites extrémités aval de ce faisceau annulaire de tubes étant en retrait de la face du

9 99 2473683

brûleur, à une distance comprise entre.0 et 12 fois la largeur minima de l'orifice annulaire de sortie situé à l'extrémité du brûleur, des moyens (1136) servant à retenir et à maintenir lesdits tubes (117) du faisceau annulaire à une certaine distance de la paroi intérieure dudit passage annulaire et à une certaine distance les uns des autres, et un moyen d'entrée amont (1135) permettant d'introduire ledit second courant d'alimentation dans ledit passage annulaire (116) et dans les interstices compris en-tre des tubes du faisceau annulaire contenus dans ledit

passage annulaire.

8. Brûleur selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les sorties d'échappement dudit moyen central d'écoulement sont en retrait, en amont de la face du brûleur, à une distance comprise entre environ 3 et 10 fois le diamètre minimum dudit orifice circulaire de sortie et/ou par le fait que les extrémités aval du faisceau annulaire,. s'il y en a, sont en retrait en amont de la face du brûleur à une distance comprise entre 3 et 10 la largeur minima dudit orifice annulaire

de sortie.

9. Brûleur selon la revendication 1, caracté-

risé par le fait que ledit moyen central d'écoulement comprend un tube central ou un faisceau central de, tubes hélicoïdaux (17) à extrémités ouvertes, dont l'axe longitudinal est confondu avec l'axe longitudinal de ce brûleur et constitué par un ou plusieurs tubes

hélicoïdaux présentant des entrées (28) en communica-

tion avec ledit moyen d'entrée amont (9) par lequel un premier courant d'alimentation de produits de réaction peut pénétrer pour se diviser en une série de courants

distincts, lorsqu'il est prévu plusieurs tubes hélicoi-

daux, de manière à descendre dans ledit faisceau de

2473683

tubes hélicoïdaux (17) pour ressortir ensuite par l'extrémité aval de chacun desdits tubes, un premier conduit cylindrique coaxial, de même axe que ledit faisceau central de tubes hélicoïdaux qu'il entoure, ledit premier conduit étant fermé au voisinage de son extrémité amont, de telle sorte que la ou les parties d'entrée dudit ou desdits tubes hélicoïdaux puissent traverser cette extrémité de façon étanche aux gaz,

ce premier conduit présentant une extrémité aval cir-

culàire non obstruée au dr.oit de l'extrémité de ce brûleur, et des moyens d'entrée amont qui communiquent avec ledit premier conduit, par lesquels un second courant de produits de réaction peut pénétrer séparément pour se diviser ensuite en une série de courants tourbillonnaires qui peuvent descendre le long d'une série de passages hélicoïdaux pratiqués dans l'espace cylindrique qui entoure ledit faisceau central de tubes hélicoïdaux et/ou par les interstices éventuels entre lesdits tubes hélicoïdaux, ainsi que des moyens permettant de maintenir ledit faisceau de tubes hélicoïdaux à une certaine distance les uns des autres

et par rapport audit premier conduit.

10. Brûleur selon la revendication 9, carac-

térisé par le fait que ledit faisceau central de -

tubes hélicoïdaux compr end de 1 à 200 serpentins ouverts

à leurs extrémités.

11. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 9 et 10, caractérisé par le fait qu'il

comprend: un second conduit cylindrique coaxial en-

tourant ledit premier conduit sur au moins une partie de sa longueur, les moyens servant à maintenir une certaine distance l'un de l'autre ce premier et ce second conduits, dans la direction radiale, de manière à former un passage annulaire coaxial entre le pourtour extérieur du premier conduit et le pourtour intérieur

101 2473683

du second conduit, ledit passage annulaire étant fermé au voisinage de son extrémité amont et présentant une

sortie aval annulaire non obstruée au droit de l'ex-

trémité de ce brûleur, un faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux dont l'axe longitudinal est confondu avec l'axe longitudinal du brûleur et qui traverse l'extrémité fermée de ce passage annulaire de façon étanche, ce faisceau étant constitué par un ou plusieurs tubes hélicoïdaux dont l'entrée communique avec un moyen amont d'entrée annulaire par lequel peut pénétrer un troisième courant d'alimentation de produits de réaction qui se divise ensuite en une série de courants

distincts, lorsqu'il est prévu plusieurs tubes hélicol-

daux, qui passent par l'extrémité amont de chacun des tubes hél coldaux pour se déverser par l'extrémité

aval dudit tube, des moyens amont d'entrée qui com-

muniquent avec ce second conduit par lequel un quatrième courant d'alimentation de produits de réaction peut entrer séparément pour se diviser ensuite en une série de courants tourbillonnaires qui descendent par une série de passages hélicoïdaux correspondants formés dans le passage annulaire qui entoure ledit faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux et/ou par des interstices éventuels compris entre lesdits tubes hélicoïdaux,

et des moyens servant à maintenir lesdits tubes héli-

coïdaux du faisceau annulaire à une certaine distance les uns des autres et du premier et du second conduits l'extrémité aval de chacun des tubes hélicoïdaux de ce faisceau annulaire étant en retrait, en amont par rapport à la face aval du brûleur, à une distance comprise entre 0 et 12 fois la largeur minimale de la sortie annulaire aval au droit de l'extrémité du brûleur, lesdits troisième et quatrième courants d'alimentation de produits de réaction se heurtant les uns aux autres

et se mélangeant de façon intime.

1132 2473683

12. Brûleur selon la revendication 11, carac_ térisé par le fait que les extrémités aval de chacun des tubes hélicoïdaux du faisceau annulaire sont en retrait, en amont de la face de ce brûleur, à une distance comprise entre deux et plusieurs fois la

largeur minima de cette sortie aval annulaire.

1-3. Brûleur selon les revendications i1 et

12, caractérisé par le fait que ledit faisceau annulaire de tubes hélicoïdaux est constitué par des serpentins au nombre de 1 à 600; 14. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 7, 8, 11 à 13, caractérisé par le fait

qu'il comprend une série de conduits longitudinaux de gaz parallèles à l'axe géométrique du brûleur et situés à une certaine distance les uns des autres, dans la direction radiale entre le premier conduit et-ledit passage annulaire, ledit conduit de gaz étant fermé à leur extrémité aval au voisinage de l'extrémité de ce brûleur et reliés à un courant d'alimentation gazeux à l'extrémité amont, ainsi qu'une série de conduits d'alimentation reliant lesdits conduits auxdites chambres de mélange préalable du premier conduit et/ou dans ledit passage annulaire

pour introduire un courant d'alimentation de gaz.

15. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 14, caractérisé par le fait qu'il

comprend une ou plusieurs chambres centrales de mélange préalable cylindriques disposées en série dans ledit conduit central et/ou éventuellement une ou plusieurs chambres annulaires de mélange préalable coaxiales

disposées en série dans ce passage annulaire.

16. Brûleur selon la revendication 15, carac-

térisé par le fait qu'il comprend plusieurs chambres cylindriques de mélange préalable dans ledit conduit central et/ou, éventuellement dans ledit passage annulaire

103 2473683

et par le fait que chacune desdites chambres cylindri-

ques de mélange préalable, sauf la première, est constituée par un corps cylindrique coaxial prolongé

par une sortie qui est au moins partiellement conver-

gente, ladite première chambre de mélange préalable cylindrique comprenant un corps cylindrique coaxial qui débouche directement dans la chambre cylindrique de mélange préalable qui fait suite immédiatement

dans la série.

17. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que

la sortie aval du premier conduit comporte une partie arrière tronconique dont l'angle au sommet est compris entre environ 15 et 900 par rapport à l'axe longitudinal de ce brûleur, ladite partie arrière se prolongeant par une partie avant cylindrique qui se termine au droit de la face aval du brûleur et dont la hauteur est comprise entre environ 0 et 1,5 fois son diamètre et/ou, éventuellement, par le fait que ladite sortie aval du passage annulaire que comprend une partie arrière annulaire tronconique et convergente faisant un angle compris entre 15 et 900 avec.l'axe central de la partie tronconique, ledit axe central étant parallèle à l'axe longitudinal du brûleur, ladite partie arrière se prolongeant par une partie annulaire avant de forme cylindrique, qui se termine au drnit de la face aval du brûleur, cette partie avant cylindrique ayant une hauteur comprise entre environ 0 et 1,5 fois

la largeur.

18. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 16, caractérisé par le fait que

la sortie aval du premier conduit et/ou éventuellement, la sortie annulaire aval, comprennent une partie avant et une partie arrière tronconiques, l'une convergente et l'autre divergente, faisant un angle compris entre

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et 900 avec l'axe longitudinal du brûleur.

19. Brûleur selon l'une quelconque des

revendications 1 à 18, caractérisé par le fait qu'il

comprend des moyens de réglage, d'écoulement ayant pour rôle d'amorcer, d'arrêter ou de modifier le débit dudit premier et dudit second courants d'alimentation et/ou dudit troisième et dudit quatrième courants d'alimentation. 20. Brûleur selon la revendication 19, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de réglage d'écoulement destinés à régler l'entrée desdits quatre courants d'alimentation dans le brûleur et leur débit, de façon que, d'une part, ledit premier courant d'alimentation, ou ledit. troisième courant d'alimentation, ou les deux, puissent pénétrer respectivement dans le faisceau central de tubes dans le faisceau annulaire de tubes ou dans les deux faisceaux, avec un débit donné, et que d'autre part, lorsque lesdits courants d'alimentation sont introduits de cette manière, le second courant d'alimentation, le quatrième courant, ou les deux, pénètrent simultanément dans le conduit central, le passage annulaire ou dans

les deux passages correspondants, avec un débit donné.

21.B.rûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 17 et 18, caractérisé en ce que les parties convergentes de la sortie aval du premier conduit et/ou de la sortie annulaire aval, quand elles existent,

sont en carbure de tungstène ou en carbure de silicium.

22. Brûleur selon l'une quelconque des reven-

dications 17 et 18, caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de face évidée à l'extrémité aval du brûleur comportant une ou plusieurs chambres annulaires de refroidissement entourant la sortie aval du premier conduit et/ou la sortie annulaire aval, lorsqu'elles

existent.

23. Brûleur selon l'une quelconque des reven-

4Uni 2473683 dications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des serpentins de refroidissement qui entourent

longitudinalement son pourtour externe.