BRULEURBURNER
La présente invention concerne un brûleur, notamment un brûleur pour cimenterie. The present invention relates to a burner, in particular a burner for a cement plant.
On connaît un brûleur du type s'étendant selon un axe et comprenant une conduite annulaire d'alimentation en air délimitée par un tube intérieur s'étendant selon l'axe du brûleur et par un tube extérieur co-axial au tube intérieur, les deux tubes étant mobiles axialement l'un par rapport à l'autre en translation selon la direction axiale entre une position d'ouverture et une position de fermeture, un premier des deux tubes portant une bride annulaire comportant des rainures qui s'étendent parallèlement à la direction axiale du tube et qui sont angulairement régulièrement répartis. Un tel brûleur est par exemple divulgué dans la demande de brevet EP9674343, est usuellement utilisé pour les cimenteries, et comprend deux conduites d'alimentation en air primaire ceinturant l'ensemble des conduites d'alimentation en combustible du brûleur. Ces deux conduites sont usuellement une conduite d'alimentation en air à flux axial en sortie de laquelle le flux de l'air est parallèle à l'axe du brûleur, avec éventuellement une légère composante radiale, et une conduite d'alimentation en air à flux tangentiel en sortie de laquelle le flux de l'air présente une composante tangentielle de façon à former un flux tourbillonnant autour de l'axe du brûleur. En outre, un tel brûleur est en général entouré de conduites d'amenées d'air secondaire. L'inconvénient d'un tel brûleur est la relative difficulté de faire varier les caractéristiques de la flamme dans une large plage, et de les contrôler, alors que, notamment dans les fours à ciment, ces caractéristiques ont une très grande influence sur la qualité de la cuisson de la matière pour la fabrication du ciment. Selon l'invention, dans le brûleur du type précité, la bride annulaire est disposée à proximité de l'extrémité aval du premier tube, et le second tube comprend une portion de fermeture agencée de sorte que, quand les deux tubes sont en position ouverte, la distance séparant radialement la portion de fermeture de la bride permet un passage important de l'air entre la bride et la portion de fermeture, et quand les deux tubes sont en position fermée, cette distance est sensiblement nulle de sorte que la quasi-totalité (voire la totalité) de l'air passe par les rainures de la bride. Par cette disposition il est ainsi possible, de façon aisée, d'activer de façon plus ou moins importante la flamme produite par le brûleur. En position ouverte, l'air en sortie, provenant à la fois des rainures réalisées dans la bride et de l'espace annulaire situé entre la bride et le second tube, est réparti de façon continue sur toute la périphérie de la conduite, et de ce fait, entoure la flamme et protège ainsi le début de cette dernière de l'introduction rapide d'air secondaire, ce qui permet notamment de réduire le taux d'oxydes d'azote. Au contraire, en position fermée, l'air en sortie, provenant uniquement des rainures réalisées dans la bride, est réparti de façon discontinue sur toute la périphérie de la conduite, et les jets d'air (correspondant à chaque rainure) attirent l'air secondaire (ayant généralement une température élevée) dès l'origine de la flamme, ce qui active cette dernière et permet d'activer la cuisson de la matière se trouvant dans le four. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description de deux modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés dans les dessins mis en annexe dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe axiale d'une portion de la tête d'un brûleur, les tubes agencés conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention, étant en position ouverte ; La figure 2 est une vue du premier mode de réalisation, similaire à la figure 1, les tubes étant en 15 position fermée ; La figure 3 est une vue partielle en perspective d'un tube portant une bride conformément à la présente invention ; La figure 4 est une vue d'un second mode de 20 réalisation, similaire à la figure 1, les tubes étant en position ouverte ; et La figure 5 est une vue du second mode de réalisation, similaire à la figure 4, les tubes étant en position fermée. 25 La figure 1 illustre une portion d'un brûleur 1 qui s'étend selon un axe 2 et qui comprend classiquement des conduites d'alimentation en combustible solide et/ou liquide et/ou gazeux ainsi qu'une conduite centrale d'amenée d'air qui est utilisé pour permettre 30 l'accrochage de la flamme à un stabilisateur de flamme et pour refroidir ce dernier. Le brûleur 1 comprend également deux conduites d'alimentation en air primaire 3,4 entourant l'ensemble des conduites d'alimentation en combustible et la conduite centrale d'alimentation en air. L'une de ces deux conduites est une conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3 qui comprend des dispositifs permettant de conférer une composante tangentielle au flux d'air en sa sortie, l'autre est une conduite d'alimentation en air à flux axial 4 en sortie de laquelle l'air à un flux essentiellement axial, c'est-à-dire sans composante tangentielle (ou du moins, dont la composante tangentielle est faible, inférieure à 10 par rapport à l'axe 2 du brûleur 1). Ici, la conduite d'alimentation en air à flux axial 4 entoure la conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3. Par ailleurs, la conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3 est conforme à l'une ou l'autre des conduites divulguées dans les deux demandes de brevet FR 2 887 597 et FR 06 04 829. De façon plus précise, comme on peut le voir aux figures 1, 2, 4 et 5, la conduite d'alimentation en air à flux axial 4 est délimitée par deux tubes 5,6 mobiles l'un par rapport à l'autre en translation selon l'axe 2 du brûleur 1, un tube intérieur 5 qui, dans les présents modes de réalisation, délimite la conduite d'alimentation en air à flux axial 4 de la conduite d'alimentation en air à flux tangentiel 3, et un tube extérieur 6 qui est co-axial au tube intérieur 5 et forme le tube délimitant le brûleur 1 des conduites d'alimentation en air secondaire. Les deux tubes 5,6 sont mobiles axialement entre une position d'ouverture et une position de fermeture. There is known a burner of the type extending along an axis and comprising an annular air supply duct delimited by an inner tube extending along the axis of the burner and by an outer co-axial tube to the inner tube, the two tubes being axially movable relative to one another in translation in the axial direction between an open position and a closed position, a first of the two tubes carrying an annular flange having grooves which extend parallel to the axial direction of the tube and which are angularly evenly distributed. Such a burner is for example disclosed in the patent application EP9674343, is usually used for cement plants, and comprises two primary air supply lines surrounding all fuel supply lines of the burner. These two pipes are usually an axial flow air supply pipe at the outlet of which the flow of air is parallel to the burner axis, possibly with a slight radial component, and an air supply duct. tangential flow at the output of which the flow of air has a tangential component so as to form a swirling flow around the axis of the burner. In addition, such a burner is generally surrounded by secondary air supply lines. The disadvantage of such a burner is the relative difficulty of varying the characteristics of the flame in a wide range, and controlling them, whereas, especially in cement kilns, these characteristics have a very great influence on the quality the cooking of the material for the manufacture of cement. According to the invention, in the burner of the aforementioned type, the annular flange is disposed near the downstream end of the first tube, and the second tube comprises a closure portion arranged so that, when the two tubes are in the open position , the distance radially separating the closing portion of the flange allows a large passage of air between the flange and the closing portion, and when the two tubes are in the closed position, this distance is substantially zero so that the quasi all (or all) of the air passes through the grooves of the flange. By this arrangement it is thus possible, easily, to activate more or less significantly the flame produced by the burner. In the open position, the outlet air, coming both from the grooves formed in the flange and the annular space between the flange and the second tube, is distributed continuously over the entire periphery of the pipe, and this fact, surrounds the flame and thus protects the beginning of the latter from the rapid introduction of secondary air, which allows in particular to reduce the rate of nitrogen oxides. On the contrary, in the closed position, the outlet air, coming solely from the grooves formed in the flange, is distributed discontinuously over the entire periphery of the pipe, and the air jets (corresponding to each groove) attract the secondary air (generally having a high temperature) from the origin of the flame, which activates the latter and allows to activate the cooking of the material in the oven. Other features and advantages of the present invention will appear in the description of two embodiments given as non-limiting examples and illustrated in the appended drawings in which: FIG. 1 is a view in axial section of a portion of the head of a burner, the tubes arranged according to a first embodiment of the present invention, being in the open position; Figure 2 is a view of the first embodiment, similar to Figure 1, with the tubes in the closed position; Fig. 3 is a partial perspective view of a tube carrying a flange according to the present invention; Figure 4 is a view of a second embodiment, similar to Figure 1, with the tubes in the open position; and Fig. 5 is a view of the second embodiment, similar to Fig. 4, with the tubes in the closed position. FIG. 1 illustrates a portion of a burner 1 which extends along an axis 2 and which conventionally comprises solid and / or liquid and / or gaseous fuel feed lines and a central feed pipe of FIG. air which is used to allow the flame to be attached to a flame stabilizer and to cool the latter. Burner 1 also includes two primary air supply lines 3,4 surrounding all fuel supply lines and the central air supply line. One of these two lines is a tangential flow air supply line 3 which comprises devices for imparting a component tangential to the air flow at its outlet, the other is an air supply line to axial flow 4 at the output of which the air at a substantially axial flow, that is to say without tangential component (or at least, whose tangential component is small, less than 10 relative to the axis 2 of the burner 1). Here, the axial flow air supply line 4 surrounds the tangential flow air supply line 3. In addition, the tangential flow air supply line 3 is in accordance with one or the other pipes disclosed in the two patent applications FR 2 887 597 and FR 06 04 829. More specifically, as can be seen in Figures 1, 2, 4 and 5, the axial flow air supply pipe 4 is delimited by two tubes 5,6 movable relative to each other in translation along the axis 2 of the burner 1, an inner tube 5 which, in the present embodiments, delimits the air supply line axial flow 4 of the tangential flow air supply line 3, and an outer tube 6 which is co-axial to the inner tube 5 and forms the tube defining the burner 1 of the secondary air supply lines. The two tubes 5, 6 are axially movable between an open position and a closed position.
Comme on peut le voir aux figures 1 à 5, l'un des deux tubes (en l'occurrence, le tube intérieur 5) porte, à proximité de son extrémité aval 7 (ici, à son extrémité aval 7), une bride annulaire 8 (immobile par rapport au tube intérieur 5). Cette bride annulaire 8 comporte des rainures 9 qui sont angulairement régulièrement répartis, qui la traversent de part en part, et qui s'étendent parallèlement à l'axe 2 du brûleur 1. En l'occurrence, les rainures représentent environ un tiers de la périphérie de la bride 8. Dans les présents modes de réalisation, chaque rainure 9 est délimitée d'une part, par une paroi de fond 10 qui, en l'occurrence, ne présente pas d'inclinaison dans le sens d'un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1, et, d'autre part, par deux parois latérales 11 qui, en l'occurrence, sont parallèles entre elles et à la direction de l'axe 2 du brûleur 1, et sont normales à la paroi de fond 10. Ici, les rainures 9 réalisées dans la bride annulaire 8 sont ouvertes radialement sur toute leur longueur, la bride 8 ne portant pas de paroi supérieure faisant face à la paroi de fond 10. Par ailleurs, la bride annulaire 8 présente une extrémité amont 12 qui présente une inclinaison radiale dans le sens d'un rapprochement vers le tube extérieur 6 pour un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1 de l'amont vers l'aval. En l'occurrence, l'extrémité amont de la bride est conique (aux orifices amont des rainures 9 près) avec un centre de cône disposé vers l'amont du tube. L'autre tube (en l'occurrence, le tube extérieur 6) comprend une portion de fermeture 13,15 (immobile par rapport au tube extérieur 6) qui est agencée de sorte que, quand les deux tubes 5,6 sont en position ouverte, la distance séparant la portion de fermeture 13,15 de la bride 8 permet un passage important de l'air entre la bride 8 et le second tube 6 afin d'avoir un flux d'air axial en sortie de la conduite 4 angulairement continu (cf. figures 1 et 4), et quand les deux tubes 5,6 sont en position fermée, la distance séparant la portion de fermeture 13,15 de la bride 8 est sensiblement nulle afin d'avoir un flux d'air en sortie de la conduite 4 angulairement discontinu et limité aux secteurs angulaires correspondants aux rainures 9 (cf. figures 2 et 5). En l'occurrence, dans le premier mode de réalisation, la portion de fermeture 13 est une surface présentant une inclinaison radiale dans le sens d'un écartement du tube intérieur 5 pour un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1 de l'amont vers l'aval. En l'occurrence, la portion de fermeture 13 est conique avec un centre de cône disposé vers l'amont du tube. Ici, le demi-angle au sommet du cône est d'environ 10 . De plus, l'extrémité aval 14 de la portion de fermeture 13 est l'extrémité aval 14 du tube extérieur 6. Ainsi, à la figure 1, les deux tubes 5,6 sont dans une position ouverte dans laquelle un espace annulaire existe (et est relativement important) entre la bride 8 et le tube extérieur 6. Au contraire, à la figure 2, les deux tubes 5,6 sont dans une position où la portion de fermeture 13 est sensiblement en butée contre la bride annulaire 8 (contre l'extrémité amont 12 de la bride 8), limitant ainsi la section de passage de l'air aux seules rainures 9. As can be seen in Figures 1 to 5, one of the two tubes (in this case, the inner tube 5) carries, near its downstream end 7 (here, at its downstream end 7), an annular flange 8 (immobile with respect to the inner tube 5). This annular flange 8 has grooves 9 which are regularly distributed angularly, which pass through it from one side, and which extend parallel to the axis 2 of the burner 1. In this case, the grooves represent about one third of the 8. In the present embodiments, each groove 9 is delimited on the one hand by a bottom wall 10 which, in this case, does not have any inclination in the direction of a displacement according to the invention. the axis 2 of the burner 1, and, secondly, by two side walls 11 which, in this case, are parallel to each other and to the direction of the axis 2 of the burner 1, and are normal to the wall 10. Here, the grooves 9 made in the annular flange 8 are open radially along their entire length, the flange 8 not carrying an upper wall facing the bottom wall 10. Furthermore, the annular flange 8 has an upstream end 12 which has a radial inclination of in the direction of a rapprochement to the outer tube 6 for a displacement along the axis 2 of the burner 1 from upstream to downstream. In this case, the upstream end of the flange is conical (to the upstream orifices of the grooves 9) with a cone center disposed upstream of the tube. The other tube (in this case, the outer tube 6) comprises a closing portion 13,15 (stationary with respect to the outer tube 6) which is arranged so that, when the two tubes 5,6 are in the open position , the distance separating the closing portion 13,15 of the flange 8 allows a significant passage of air between the flange 8 and the second tube 6 to have an axial air flow at the outlet of the pipe 4 angularly continuous (See Figures 1 and 4), and when the two tubes 5,6 are in the closed position, the distance separating the closing portion 13,15 of the flange 8 is substantially zero in order to have an air flow output the pipe 4 angularly discontinuous and limited to the angular sectors corresponding to the grooves 9 (see Figures 2 and 5). In this case, in the first embodiment, the closing portion 13 is a surface having a radial inclination in the direction of a spacing of the inner tube 5 for a displacement along the axis 2 of the burner 1 upstream downstream. In this case, the closing portion 13 is conical with a cone center disposed upstream of the tube. Here, the half-angle at the top of the cone is about 10. In addition, the downstream end 14 of the closing portion 13 is the downstream end 14 of the outer tube 6. Thus, in FIG. 1, the two tubes 5, 6 are in an open position in which an annular space exists ( and is relatively important) between the flange 8 and the outer tube 6. On the contrary, in Figure 2, the two tubes 5,6 are in a position where the closing portion 13 is substantially in abutment against the annular flange 8 (against the upstream end 12 of the flange 8), thus limiting the air passage section to the grooves 9 only.
Dans le second mode de réalisation, la portion de fermeture 15 comprend une première surface 16 présentant une inclinaison radiale dans le sens d'un rapprochement du tube intérieur 5 pour un déplacement selon l'axe 2 du brûleur 1 de l'amont vers l'aval. En l'occurrence, la première surface 16 est conique avec un centre de cône disposé vers l'aval du tube. Ici, le demi-angle au sommet du cône est d'environ 10 . De plus, la portion de fermeture 15 comprend une seconde surface 17 et, d'autre part, une seconde surface 17 cylindrique prolongeant, en direction aval, la première surface 16. La seconde surface 17 a un diamètre égal au diamètre externe de la bride 8 (au jeu nécessaire pour le coulissement des deux tubes près). In the second embodiment, the closing portion 15 comprises a first surface 16 having a radial inclination in the direction of an approximation of the inner tube 5 for a displacement along the axis 2 of the burner 1 from upstream to the downstream. In this case, the first surface 16 is conical with a cone center disposed downstream of the tube. Here, the half-angle at the top of the cone is about 10. In addition, the closing portion 15 comprises a second surface 17 and, secondly, a second cylindrical surface 17 extending, in the downstream direction, the first surface 16. The second surface 17 has a diameter equal to the external diameter of the flange 8 (the clearance necessary for the sliding of the two tubes close).
Ainsi, à la figure 4, les deux tubes 5,6 sont dans une position ouverte dans laquelle un espace annulaire existe entre la bride 8 et le tube extérieur 6. Au contraire, à la figure 5, les deux tubes 5,6 sont dans une position où la surface cylindrique 17 recouvre la bride annulaire 8, limitant ainsi la section de passage de l'air aux seules rainures 9. Il serait possible que la bride soit portée par le tube extérieur et la portion de fermeture par le tube intérieur. Thus, in FIG. 4, the two tubes 5, 6 are in an open position in which an annular space exists between the flange 8 and the outer tube 6. On the contrary, in FIG. 5, the two tubes 5, 6 are in a position where the cylindrical surface 17 covers the annular flange 8, thus limiting the air passage section to the grooves 9. It is possible that the flange is carried by the outer tube and the closing portion by the inner tube.
Il serait également possible que la bride annulaire présente une forme différente, notamment à son extrémité amont, et/ou qu'elle porte des parois supérieures faisant face les parois de fond et délimitant, avec celles-ci et les parois latérales, les rainures. Il serait également possible que les parois de fond présentent une légère inclinaison radiale (inférieure à 10 ) afin de conférer une composante radiale au flux d'air en leur sortie, et/ou que les parois latérales présentent une composante tangentielle afin de conférer une composante tangentielle au flux d'air en leur sortie. Il serait ainsi possible d'utiliser un tel système 5 (bride et portion de fermeture) dans une toute autre conduite, et dans tout autre brûleur. It would also be possible for the annular flange to have a different shape, especially at its upstream end, and / or to have upper walls facing the bottom walls and delimiting, with these and the side walls, the grooves. It would also be possible for the bottom walls to have a slight radial inclination (less than 10) in order to impart a radial component to the flow of air at their outlet, and / or that the lateral walls have a tangential component in order to confer a component tangential to the flow of air at their output. It would thus be possible to use such a system (flange and closure portion) in any other conduit, and in any other burner.