FR2934035A1

FR2934035A1 - Systeme d'injection coanda pour bruleurs a faible emission a etages axiaux.

Info

Publication number: FR2934035A1
Application number: FR0953243A
Authority: FR
Inventors: Andrei Tristan Evulet; Balachandar Varatharajan; Gilbert Otto Kraemer; Ahmed Mostafa Elkady; Benjamin Lacy
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-01-22
Also published as: CN101629719A; DE102009025812A1; US8176739B2; US20100011771A1; JP2010025538A

Abstract

Le brûleur (12) à faible émission comprend un carter de brûleur (20) délimitant une chambre de combustion (17). Un manchon de chemisage (24) est disposé dans le carter de brûleur (12), en laissant subsister un interstice (44) entre le manchon de chemisage (24) et le carter de brûleur (20). Une buse secondaire (28) est disposée le long d'une ligne médiane (30) de la chambre de combustion (17). Une pluralité de buses à combustible primaires (36) sont disposées à proximité du côté amont (38) de la chambre de combustion (17). Le brûleur (12) comprend également une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda (40). Chaque buse tertiaire Coanda est raccordée à un trou de dilution respectif.

Description

B09-1767FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Système d'injection Coanda pour brûleurs à faible émission à étages axiaux Invention de : EVULET Andrei Tristan VARATHARAJAN Balachandar KRAEMER Gilbert Otto ELKADY Ahmed Mostafa LACY Benjamin Paul Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 17 juillet 2008 sous le n° 12/175.050 1 Système d'injection Coanda pour brûleurs à faible émission à étages axiaux

L'invention concerne d'une manière générale des brûleurs et plus particulièrement un système d'injection à effet Coanda pour des dispositifs de combustion à faible émission à étages axiaux. Une turbine à gaz utilisée dans une centrale à turbines à gaz ou une centrale à cycle combiné est exploitée pour atteindre un rendement opératoire plus élevé dans des conditions de températures élevées et de pression élevée, et cela à tendance à augmenter les émissions (par exemple d'oxydes d'azote (NOx)) dans un flux de gaz de combustion. Bien que l'on connaisse différents facteurs de génération de NOx, le facteur dominant est la température de la flamme dans un brûleur. Les émissions de NOx sont directement proportionnelles à la température de la flamme dans un brûleur. Il existe quelques techniques classiques pour réduire les émissions de NOx dans un flux de gaz de combustion d'un brûleur. Une méthode traditionnellement adoptée prévoit l'injection de vapeur ou d'eau dans la zone de combustion à haute température d'un brûleur, aux fins de réduire la température de la flamme pendant la combustion. Bien que cette méthode soit facile à mettre en oeuvre, elle a l'inconvénient de nécessiter une grande quantité de vapeur ou d'eau, ce qui a pour résultat de réduire le rendement de la centrale. De plus, l'injection d'une grande quantité de vapeur ou d'eau dans un brûleur fait augmenter les vibrations pendant la combustion et la quantité de produits de combustion partielle et réduit la durée de vie. Pour tenir compte des défauts cités ci-dessus, un procédé de combustion pauvre d'un prémélange de type sec a été mis au point et prévoit d'injecter du combustible et de l'air de combustion sous forme de prémélange et de les brûler dans des conditions de combustible pauvre, dans un brûleur à étage unique. Bien que l'on obtienne ainsi la réduction des émissions de NOx, le domaine de bon fonctionnement du brûleur est réduit en raison du mode d'injection de prémélange.

L'utilisation d'une combustion à étage unique dans un brûleur ne garantit éventuellement pas la réduction des émissions de NOx. I1 est possible d'utiliser la combustion à plusieurs étages pour obtenir une réduction des émissions de NOx et un plus grand domaine de bon fonctionnement d'un brûleur. Dans des systèmes classiques de ce type, les prémélangeurs additionnels sont prévus dans le voisinage des étages du brûleur situés en aval, recevant des flux de gaz de réaction d'une ou plusieurs buses primaires. La présence de prémélangeurs perturbe la configuration d'écoulement des gaz chauds dans les étages du brûleur situés en aval, ce qui provoque des chutes de pression plus importantes à travers le brûleur. Le refroidissement de tels prémélangeurs est également difficile, en raison des températures élevées et de l'introduction de mélanges inflammables dans les étages de brûleur situés en aval.

Par conséquent, il existe un besoin de disposer d'un système qui soit utilisé dans des turbines à gaz et permette de réduire les émissions de NOx du brûleur à étages axiaux, sans nuire à la dynamique et au bon fonctionnement du brûleur. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, un brûleur à faible émission est exposé. Ce brûleur comprend un carter de brûleur délimitant une chambre de combustion comportant une pluralité de zones de combustion, un manchon de chemisage disposé dans le carter de brûleur en laissant subsister un interstice entre le manchon de chemisage et le carter de brûleur, une chemise disposée ans le manchon de chemisage, 1 chemise comportant une pluralité de trous, une buse secondaire disposée le long d'une ligne médiane de la chambre de combustion et configurée pour injecter un premier fluide, comportant de l'air, au moins un diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, vers le côté aval d'une première zone de combustion parmi la pluralité de zones de combustion, une pluralité de buses à combustible primaires disposées à proximité du côté amont de la chambre de combustion et placées autour de la buse secondaire et configurées pour injecter un deuxième fluide, comportant de l'air et du combustible, vers le côté amont de la première zone de combustion, une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda, chaque buse tertiaire Coanda étant raccordée à un trou de dilution respectif, les buses tertiaires Coanda étant configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air, au moins un autre diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval de la première zone de combustion. Selon un perfectionnement de l'invention, la buse secondaire est constituée d'une buse à effet Coanda. Selon un autre perfectionnement de l'invention, chacune des buses tertiaires Coanda comprend une admission d'air configurée pour introduire de l'air dans la buse tertiaire Coanda respective, et l'air est amené à l'admission d'air par l'intermédiaire de l'interstice formé entre le manchon de chemisage et le carter de brûleur. Selon un autre perfectionnement de l'invention, chacune des buses tertiaires Coanda comprend au moins un collecteur de combustible configuré pour introduire du combustible dans les buses tertiaires Coanda respectives.

Selon un autre perfectionnement de l'invention, chacune des buses tertiaires Coanda comprend un profil prédéterminé, disposé à proximité du collecteur de combustible, et le profil est configuré pour faciliter l'attachement du combustible au profil, en vue de former une couche limite de combustible, et pour entraîner l'air entrant depuis l'admission d'air, en vue de favoriser le prémélange de l'air et du combustible. Selon un autre perfectionnement de l'invention, les buses tertiaires Coanda sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air et du combustible, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, lorsque le combustible est amené aux buses tertiaires Coanda. Selon un autre perfectionnement de l'invention, les buses tertiaires Coanda sont configurées pour injecter de l'air dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, lorsque le combustible n'est pas amené aux buses tertiaires Coanda. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, les buses tertiaires Coanda sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air et du combustible, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, lorsque le combustible est amené aux buses tertiaires Coanda, ou pour injecter de l'air dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, lorsque le combustible n'est pas amené aux buses tertiaires Coanda, la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval de la première zone de combustion. Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, les buses tertiaires Coanda sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air, au moins un autre diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval de la première zone de combustion.

Conformément à un autre mode de réalisation de l'invention, les buses tertiaires Coanda sont configurées pour injecter un autre fluide, comportant de l'air, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion, la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval de la première zone de combustion. Conformément à un autre mode de réalisation préféré, une turbine à gaz dotée d'un brûleur à faible émission est exposée. Ces aspects ainsi que d'autres caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention seront mieux compris à l'étude de la description détaillée qui suit, avec référence aux dessins annexés dans lesquels des caractères identiques désignent des éléments identiques, dans l'ensemble des dessins, et sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une turbine à gaz comprenant une buse de brûleur à faible émission, conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un brûleur comprenant une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda, conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'une buse tertiaire Coanda conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 4 est une vue schématique d'une buse tertiaire Coanda conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; - la figure 5 est une vue schématique d'une buse tertiaire Coanda conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention ; et - la figure 6 est une vue schématique de la formation d'une couche limite de combustible à proximité d'un profil dans une buse tertiaire Coanda reposant sur un effet Coanda, conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention.

Comme il sera expliqué en détail plus loin, certains modes de réalisation de la présente invention exposent un brûleur à faible émission qui comprend un carter de brûleur délimitant une chambre de combustion comportant une pluralité de zones de combustion. Un manchon de chemisage est disposé dans le carter de brûleur, en laissant subsister un interstice entre le manchon de chemisage et le carter de brûleur. Une chemise comportant une pluralité de trous de dilution est disposée dans le manchon. Une buse secondaire est disposée le long d'une ligne médiane de la chambre de combustion et configurée pour injecter un premier fluide, comportant de l'air, au moins un diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci (également appelé "injection pilote"), vers le côté aval d'une première zone de combustion parmi la pluralité de zones de combustion. Une pluralité de buses primaires sont disposées à proximité du côté amont de la chambre de combustion et placées autour de la buse secondaire et configurées pour injecter un deuxième fluide, comportant de l'air et du combustible (également appelé "injection principale"), vers le côté amont de la première zone de combustion. La quantité du premier fluide est généralement inférieure à celle du deuxième fluide.

Le brûleur comprend également une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda, qui sont chacune raccordées à un trou de dilution correspondant. Les buses tertiaires Coanda sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air, au moins un autre diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes (étages en aval) parmi la pluralité de zones de combustion situées en aval de la première zone de combustion. Les buses tertiaires Coanda fonctionnent selon un mode de prémélange variable, en fonction de l'alimentation en combustible aux buses tertiaires Coanda. La buse tertiaire Coanda comprend un dispositif à effet Coanda qui est configuré pour mélanger l'air, le combustible et les diluants. Les buses tertiaires Coanda facilitent l'apport de chaleur dans les étages aval du brûleur, ce qui a pour résultat d'améliorer le fonctionnement et de réduire les émissions. La disposition des buses tertiaires Coanda sur la chemise facilite la tâche consistant à réduire à un minimum la chute de pression survenant dans les étages aval du brûleur, et à porter ainsi à un maximum le rendement à travers le brûleur. I1 convient de signaler ici que dans les modes de réalisation décrits ci-après, même si cela n'est pas indiqué expressément, le terme "air" peut également désigner une combinaison d'air et de diluants. De façon similaire, le terme "combustible" peut également désigner une combinaison de combustible et de diluants. Comme il sera expliqué en détail plus loin, des modes de réalisation de la présente invention agissent pour réduire les émissions dans des processus de combustion, dans des applications diverses, telles que des brûleurs de turbines à gaz de centrales terrestres, des cuisinières à gaz et des moteurs à combustion interne. Plus particulièrement, la présente invention expose un brûleur à faible émission comprenant une pluralité de zones/d'étages de combustion axiales/axiaux, avec une pluralité de buses Coanda configurées pour permettre le mélange de l'air, de diluants et de combustible, sur la base d'un "effet Coanda". I1 sera maintenant fait référence aux dessins et d'abord à la figure 1 qui illustre une turbine à gaz 10 comprenant un brûleur 12 à faible émission. La turbine à gaz 10 comporte un compresseur 14 qui est configuré pour comprimer l'air ambiant. Le brûleur 12 est en communication d'écoulement avec le compresseur 14 et est configuré pour recevoir de l'air comprimé 11 du compresseur 14 et pour brûler un flux de combustible en vue de générer un flux de gaz de sortie de brûleur 13. Dans le mode de réalisation représenté, le brûleur 12 comprend un carter de brûleur 20 délimitant une zone de combustion. Selon un mode de réalisation, le brûleur 12 comprend une chambre en forme de pot. Selon un autre mode de réalisation, le brûleur 12 comprend une chambre tubannulaire ou une chambre purement annulaire. En outre, la turbine à gaz 10 comprend une turbine 16 située en aval du brûleur 12. La turbine 16 est configurée pour détendre le flux de gaz de sortie de brûleur 13, aux fins d'entraîner une charge externe. Dans le mode de réalisation illustré, le compresseur 14 est entraîné par la puissance générée par la turbine 16, par l'intermédiaire d'un arbre 18.

La figure 2 représente un brûleur 12 à faible émission conforme aux aspects de la figure 1. Le brûleur 12 de cet exemple comprend un carter de brûleur 20 définissant une chambre de combustion 17. Un ensemble formant couvercle 19 est prévu à une extrémité 21 du carter de brûleur 20. Une chemise de combustion 22 est disposée dans un manchon d'écoulement 24 prévu dans le carter de brûleur 20. Plusieurs trous de dilution 23 sont pratiqués dans la chemise de combustion 22. Un ensemble venturi 26 est disposé à l'intérieur de la chemise de combustion 22. Une buse secondaire 28 (également appelée "buse pilote") est disposée dans l'alignement d'une ligne médiane 30 de la chambre de combustion 17. Cette buse secondaire 28 est configurée pour mélanger de l'air avec le combustible et injecter un premier fluide (également appelé "fluide pilote") vers le côté aval 32 d'une première zone de combustion 34 de la chambre de combustion 17. Cette première zone de combustion 34 est conçue pour fonctionner dans des conditions pauvres, afin de réduire à un minimum les émissions, telles que les oxydes d'azote (NOx). Dans certains modes de réalisation, le combustible peut comporter des hydrocarbures, du gaz naturel, du gaz à teneur élevée en hydrogène, de l'hydrogène, du biogaz, du monoxyde de carbone, du syngaz, du gaz inerte, de la vapeur d'eau ou bien des oxydants, conjointement avec une quantité prédéterminée de diluants. Les diluants peuvent englober l'azote, le dioxyde de carbone, l'eau, la vapeur ou des substances analogues. Dans un mode de réalisation, la buse secondaire 28 est une buse de type Coanda. Une pluralité de buses primaires 36 sont disposées sur le côté amont de la chambre de combustion 17 et sont placées autour de la buse secondaire 28 et configurées pour injecter un deuxième fluide (également appelé "fluide principal"), comportant de l'air, du combustible et/ou des diluants, vers le côté amont 38 de la première zone de combustion 34 de la chambre de combustion 17. Selon un mode de réalisation, la buse primaire 34 peut être de type Coanda. I1 convient de signaler ici que la quantité du premier mélange d'air et de combustible est inférieure à la quantité du deuxième mélange d'air et de combustible. De même, il faut noter que dans quelques modes de mise en oeuvre, le brûleur 12 ne comporte pas de buse secondaire. Dans le mode de réalisation représenté, le brûleur 12 est exploité en mode de prémélange. L'alimentation en combustible est divisée entre les buses primaires 36 et les buses secondaires 28. La flamme se situe complètement dans la zone de combustion aval 32 de la chambre de combustion 17. L'ensemble venturi 26 favorise le mélange combustible-air pendant le mode de prémélange pour le fluide entrant dans la zone de combustion aval 32. Selon le mode de réalisation préféré, plusieurs buses tertiaires Coanda 40 sont également prévues sur le brûleur 12. Chaque buse 40 est raccordée à un trou de dilution 23 respectif, prévu dans la chemise 22. Les buses tertiaires 40 sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportent de l'air, du combustible, un ou plusieurs diluants, ou une combinaison de ceux-ci, dans un(e) deuxième zone/étage 42 disposé(e) sur le côté aval de la première zone de combustion 34. Le nombre de zones/d'étages dans le brûleur peut varier en fonction de l'application. Les buses tertiaires Coanda 40 sont configurées pour permettre le mélange du combustible et de l'air sur la base d'un "effet Coanda". Tel qu'il est utilisé ici, le terme "effet Coanda" désigne la tendance d'un courant de fluide à s'attacher à une surface située à proximité et à rester attaché, même lorsque cette surface s'écarte en décrivant une courbe par rapport à la direction initiale du déplacement du fluide. Un interstice 44 formé entre la chemise 22 et le carter de brûleur 20 autorise le passage d'air en direction des buses tertiaires 40 prévues sur les trous de dilution 23 de la chemise 22. Plus particulièrement, la buse 40 utilise l'effet Coanda pour améliorer le rendement de mélange du dispositif qui sera décrit ci-après, avec référence aux figures suivantes. I1 convient de souligner ici que dans certains modes de réalisation, la chemise 22 peut être dépourvue de trous de dilution. Dans ce cas, d'autres éléments appropriés peuvent être prévus dans la chemise 22 pour recevoir les buses tertiaires Coanda 40. La disposition des buses tertiaires Coanda 40 sur la chemise 22 ne perturbe pas la configuration d'écoulement des gaz chauds dans les étages aval du brûleur, ce qui résulte dans des chutes de pression plus faibles à travers le brûleur. I1 faut noter ici que les buses tertiaires Coanda 40 peuvent être utilisées pour les étages aval du brûleur 12, indépendamment du type des buses primaires et secondaires 36 et 28, ou même indépendamment du fait de savoir si une buse secondaire est utilisée dans le brûleur. La figure 3 représente une buse tertiaire Coanda 40 qui est disposée dans le brûleur. Comme expliqué plus haut, la chemise de combustion 22 est disposée dans le manchon d'écoulement prévu dans le carter de brûleur 20. La pluralité de trous de dilution 23 sont réalisés dans la chemise de combustion 22. Dans le mode de réalisation représenté, une buse tertiaire Coanda 40 est raccordée à un trou de dilution 23. L'air et/ou les diluants s'écoule(nt) vers la buse tertiaire Coanda 40, en passant par l'interstice 44 formé entre le manchon de chemisage et le carter de brûleur 20. La buse 40 est configurée pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion situées en aval (par exemple la deuxième zone/le deuxième étage de combustion 42 montré(e) dans la figure 2). Les buses 40 sont conçues pour permettre le mélange du combustible et de l'air sur la base de l'effet Coanda qui sera décrit de façon plus détaillée avec référence aux figures suivantes. Selon un mode de réalisation, la buse tertiaire Coanda 40 fournit un mélange d'air et de combustible à la zone de combustion située en aval, lorsque du combustible est amené à la buse 40. Lorsque le combustible est amené aux buses tertiaires Coanda 40, l'ouverture utile des buses 40 varie en conséquence et une plus grande quantité d'air est entraînée avec le combustible, garantissant ainsi un bon mélange et un bon acheminement du mélange air-combustible à la zone de combustion située en aval. Lorsque le combustible n'est pas amené aux buses tertiaires Coanda 40, la buse 40 injecte uniquement de l'air dans la zone de combustion aval. En d'autres termes, la buse 40 agit comme source de dilution dans certaines conditions de fonctionnement. L'injection prémélangée depuis la buse tertiaire Coanda 40 peut être réalisée en fonction des conditions de service. I1 est connu d'utiliser la combustion à plusieurs étages pour obtenir un meilleur domaine de fonctionnement. Cependant, il est difficile de prévoir des prémélangeurs supplémentaires dans des étages aval de brûleurs, en raison des chutes de pression plus importantes et de la nécessité de placer des prémélangeurs dans un environnement comportant des flux de gaz de réaction provenant des buses primaires. De même, le refroidissement de tels prémélangeurs est difficile en raison des températures élevées et de l'introduction de mélanges inflammables dans des étages aval des brûleurs. La mise en place des buses Coanda préférées réduira à un minimum la chute de pression et portera ainsi à un maximum le rendement à travers le brûleur. Les buses Coanda agissent comme dispositif de dilution lorsque le combustible n'est pas délivré aux buses. Par conséquent, ces buses ne nécessitent pas de refroidissement spécifique. Les buses Coanda n'entretiennent pas la flamme et ne perturberont pas le flux de combustion. En outre, les buses Coanda ne sont quasiment pas sujettes au retour de flamme. Elles offrent un prémélange renforcé de l'air et du combustible et peuvent être facilement installées à posteriori sur des trous de dilution existant dans la chemise du brûleur. L'action de cisaillement du combustible en écoulement dans le courant d'air force (entraîne) une plus grande quantité d'air à passer dans la buse Coanda. Ainsi, une plus grande quantité d'air s'écoule à travers la buse Coanda, ce qui a pour résultat une température locale plus basse de la flamme et un meilleur mélange de l'air et du combustible. Lorsque aucun combustible n'est amené aux buses tertiaires Coanda 40, une plus grande quantité d'air est envoyée à travers les buses à combustible primaires, ce qui réduit le rapport local combustible-air dans le brûleur. La température locale de la flamme est réduite, ce qui entraîne la réduction de la production locale de NOx thermiques. Lorsqu'on utilise des étages axiaux dans des brûleurs, une plus grande quantité d'air est forcée à traverser les buses tertiaires Coanda, ce qui réduit la production de NOx thermiques. La figure 4 représente une vue schématique d'une configuration préférée de la buse tertiaire Coanda 40 utilisée dans les brûleurs des figures 2 et 3. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 4, la buse tertiaire Coanda 40 comprend une conduite de combustible 46 destinée à diriger le combustible à l'intérieur d'un collecteur de combustible 48 de la buse 40. Un profil d'admission d'air de la buse 40 et une admission d'air sont désignés par les références 50 et 52. De plus, la buse 40 comprend une sortie de buse 54, une paroi diffusante 56 et une zone de col 58. La buse 40 reçoit le combustible depuis le collecteur 48 et le combustible est dirigé pour s'écouler sur un profil 60 prédéterminé ou sur un ensemble de fentes ou d'orifices, à travers un espace annulaire de sortie de combustible 62. Ensuite, le combustible est mélangé avec l'air entrant depuis l'admission d'air 52 pour former un mélange combustible-air. Le degré de prémélange est contrôlé par le type de combustible, la géométrie du profil, la pression du combustible, la température du combustible, la température de l'air, la durée du prémélange, la vitesse d'injection du combustible ou des combinaisons de ces éléments. Dans certains modes de réalisation, plusieurs collecteurs 48 ou fentes/orifices à combustible pourraient être utilisés pour injecter différentes combinaisons de combustible et/ou de diluants. La figure 5 représente une vue schématique d'une autre configuration préférée de la buse tertiaire Coanda 40 utilisée dans les brûleurs des figures 2 et 3, pour des flux d'air et des capacités d'étages à combustible sensiblement plus importants. Dans le mode de réalisation illustré dans la figure 5, la buse tertiaire Coanda 40 comprend une buse à configuration de double mélange qui facilite le mélange entre la paroi et le centre. La buse 40 comporte deux conduites d'admission de combustible 64 et 66 et deux collecteurs de combustible 68 et 70 pour fournir indépendamment le combustible en vue du mélange entre la paroi et le centre. D'autre part, une paroi diffusante et un noyau central sont désignés respectivement par les références 72 et 74. Le combustible provenant des collecteurs 68 et 70 est dirigé pour s'écouler sur les profils 76 et 78 prédéterminés, en passant par les sorties de combustible 80 et 82. La buse 40 reçoit un flux d'air le long d'une ligne médiane 84 de la buse 40 et facilite le mélange de l'air et du combustible dans la buse 40. Les profils 76 et 78 prédéterminés peuvent être conçus pour faciliter le mélange dans le dispositif de prémélange, sur la base de l'effet Coanda. Dans le mode de réalisation illustré, les profils 76 et 78 prédéterminés facilitent l'attachement du combustible introduit aux profils 76 et 78 pour former une couche limite de combustible. De plus, la couche limite de combustible formée à proximité des profils 76 et 78 prédéterminés facilite l'entraînement de l'air et augmente ainsi le rendement de mélange de la buse 40. L'effet Coanda généré dans la buse 40 facilite l'obtention d'un degré de prémélange relativement élevé avant la combustion, ce qui réduit sensiblement les émissions polluantes du système de combustion. En particulier, la capacité du combustible à s'attacher aux profils 76 et 78, grâce à l'effet Coanda, et l'entraînement d'air subséquent résultent dans un rendement de prémélange relativement élevé de la buse 40 avant la combustion. La figure 6 représente une vue schématique de la formation d'une couche limite de combustible à proximité du profil 76 dans la buse tertiaire Coanda 40 de la figure 5, sur la base de l'effet Coanda. Dans le mode de réalisation illustré, un flux de combustible 86 s'attache au profil 76 et reste attaché, même lorsque la surface du profil 76 s'écarte en décrivant une courbe par rapport à la direction initiale d'écoulement du combustible. Plus particulièrement, à mesure que le flux de combustible 86 s'accélère pour équilibrer le transfert d'énergie cinétique, une différence de pression s'installe dans le flux et dévie le flux de combustible 86 pour le rapprocher de la surface du profil 76. L'homme du métier appréciera que, à mesure que le combustible 86 se déplace sur le profil 76, un certain degré de frottement superficiel s'installe entre le flux de combustible 86 et le profil 76. Cette résistance à l'écoulement dévie le combustible 86 vers le profil 76 et l'amène à adhérer au profil 76. D'autre part, une couche limite de combustible 88 créée par ce mécanisme entraîne un flux d'air entrant 90 pour former une couche de cisaillement 92 avec la couche limite de combustible 88, en vue de favoriser le mélange du flux d'air 90 et du combustible 86. En outre, la couche de cisaillement 92 formée par le détachement et le mélange de la couche limite de combustible 88 avec l'air 90 conduit à un mélange uniforme. D'autres détails concernant des dispositifs à effet Coanda sont expliqués de façon plus exhaustive dans la demande américaine n° 11/273,212 qui est intégrée ici par référence. Les différents aspects de la buse tertiaire 40 décrite ci-dessus ont une utilité dans des applications diverses, telles que des brûleurs utilisés dans des turbines à gaz, et des dispositifs de chauffage, tels que des fourneaux. En outre, les buses 40 peuvent être utilisées dans des appareils de type cuisinière à gaz. Dans certains modes de réalisation, les buses 40 peuvent être utilisées dans des brûleurs à hydrogène de moteurs d'avions et d'autres brûleurs de turbines à gaz destinés à des domaines liés à l'aéronautique et des machines à grande puissance.

Bien que seulement certaines caractéristiques de l'invention aient été illustrées et décrites ici, de nombreuses modifications et de nombreux changements viendront à l'esprit de l'homme du métier. Par conséquent, il convient de noter que les revendications annexées sont destinées à couvrir toutes ces modifications et tous ces changements, dans la mesure où ils se situent dans l'esprit de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS1. Brûleur (12) à faible émission, caractérisé par le fait qu'il comprend : un carter de brûleur (20) délimitant une chambre de combustion (17) comportant une pluralité de zones de combustion (34, 42); un manchon de chemisage (24) disposé dans le carter de brûleur (20), en laissant subsister un interstice (44) entre le manchon de chemisage (24) et le carter de brûleur (20); une chemise (22) disposée dans le manchon de chemisage (24), la chemise (22) comportant une pluralité de trous de dilution (23); une buse secondaire (28) disposée le long d'une ligne médiane (30) de la chambre de combustion (17) et configurée pour injecter un premier fluide, comportant de l'air, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, vers le côté aval (32) d'une première zone de combustion (34) parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42); une pluralité de buses à combustible primaires (36) disposées à proximité du côté amont (38) de la chambre de combustion (17) et placées autour de la buse secondaire (28) et configurées pour injecter un deuxième fluide, comportant de l'air et du combustible, vers le côté amont (38) de la première zone de combustion (34); et une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda (40), chaque buse tertiaire Coanda (40) étant raccordée à un trou de dilution (23) respectif, où les buses tertiaires Coanda (40) sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval (32) de la première zone de combustion (34).
2. Brûleur (12) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la buse secondaire (28) est constituée d'une buse à effet Coanda.
3. Brûleur (12) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des buses tertiaires Coanda (40) comprend une admission d'air (52) configurée pour introduire de l'air dans la buse tertiaireCoanda (40) respective, et par le fait que l'air est amené à l'admission d'air (52) par l'intermédiaire de l'interstice (44) formé entre le manchon de chemisage (24) et le carter de brûleur (20).
4. Brûleur (12) selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chacune des buses tertiaires Coanda (40) comprend au moins un collecteur de combustible (48) configuré pour introduire du combustible dans les buses tertiaires Coanda (40) respectives.
5. Brûleur (12) selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chacune des buses tertiaires Coanda (40) comprend un profil (60) prédéterminé, disposé à proximité du collecteur de combustible (48), et par le fait que le profil (60) est configuré pour faciliter l'attachement du combustible au profil (60), en vue de former une couche limite de combustible (88), et pour entraîner l'air entrant depuis l'admission d'air (52), en vue de favoriser le prémélange de l'air et du combustible.
6. Brûleur (12) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les buses tertiaires Coanda (40) sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air et du combustible, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), lorsque le combustible est amené aux buses tertiaires Coanda (40).
7. Brûleur (12) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les buses tertiaires Coanda (40) sont configurées pour injecter de l'air dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), lorsque le combustible n'est pas amené aux buses tertiaires Coanda (40).
8. Brûleur (12) à faible émission, caractérisé par le fait qu'il comprend : un carter de brûleur (20) délimitant une chambre de combustion (17) comportant une pluralité de zones de combustion (34, 42); un manchon de chemisage (24) disposé dans le carter de brûleur (20), en laissant subsister un interstice (44) entre le manchon de chemisage (24) et le carter de brûleur (20);une chemise (22) disposée dans le manchon de chemisage (24), la chemise (22) comportant une pluralité de trous de dilution (23); une buse secondaire (28) disposée le long d'une ligne médiane (30) de la chambre de combustion (17) et configurée pour injecter un premier fluide, comportant de l'air, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, vers le côté aval (32) d'une première zone de combustion (34) parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42); une pluralité de buses à combustible primaires (36) disposées à proximité du côté amont (38) de la chambre de combustion (17) et placées autour de la buse secondaire (28) et configurées pour injecter un deuxième fluide, comportant de l'air et du combustible, vers le côté amont (38) de la première zone de combustion (34); et une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda (40), chaque buse tertiaire Coanda (40) étant raccordée à un trou de dilution (23) respectif, où les buses tertiaires Coanda (40) sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air et du combustible, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), lorsque le combustible est amené aux buses tertiaires Coanda (40), ou pour injecter de l'air dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), lorsque le combustible n'est pas amené aux buses tertiaires Coanda (40), la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval (32) de la première zone de combustion (34).
9. Brûleur (12) à faible émission, caractérisé par le fait qu'il comprend : un carter de brûleur (20) délimitant une chambre de combustion (17) comportant une pluralité de zones de combustion (34, 42); un manchon de chemisage (24) disposé dans le carter de brûleur (20), en laissant subsister un interstice (44) entre le manchon de chemisage et le carter de brûleur; une chemise (22) disposée dans le manchon de chemisage (24), la chemise (22) comportant une pluralité de trous de dilution (23); une buse secondaire (28) disposée le long d'une ligne médiane (30) de la chambre de combustion (17) et configurée pour injecter unpremier fluide, comportant de l'air, au moins un diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, vers le côté aval (32) d'une première zone de combustion (34) parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42); une pluralité de buses à combustible primaires (36) disposées à proximité du côté amont (38) de la chambre de combustion (17) et placées autour de la buse secondaire (28) et configurées pour injecter un deuxième fluide, comportant de l'air et du combustible, vers le côté amont (38) de la première zone de combustion (34); et une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda (40), chaque buse tertiaire Coanda (40) étant raccordée à un trou de dilution (23) respectif, où les buses tertiaires Coanda (40) sont configurées pour injecter un troisième fluide, comportant de l'air, au moins un autre diluant, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurs zones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval (32) de la première zone de combustion (34).
10. Brûleur (12) à faible émission, caractérisé par le fait qu'il comprend : un carter de brûleur (20) délimitant une chambre de combustion (17) comportant une pluralité de zones de combustion (34, 42); un manchon de chemisage (24) disposé dans le carter de brûleur (20), en laissant subsister un interstice (44) entre le manchon de chemisage (24) et le carter de brûleur (20); une chemise (22) disposée dans le manchon de chemisage (24); une pluralité de buses à combustible primaires (36) disposées à proximité du côté amont (38) de la chambre de combustion (17) et configurées pour injecter un fluide, comportant de l'air et du combustible, vers le côté amont (38) de la première zone de combustion (34); et une pluralité de buses tertiaires à effet Coanda (40), prévues pour la chemise (22), où les buses tertiaires Coanda (40) sont configurées pour injecter un autre fluide, comportant de l'air, du combustible ou des combinaisons de ceux-ci, dans une ou plusieurszones de combustion restantes parmi la pluralité de zones de combustion (34, 42), la ou les zones de combustion restantes étant situées sur le côté aval (32) de la première zone de combustion (34).