WO2014086660A1 - Brûleur - Google Patents

Brûleur Download PDF

Info

Publication number
WO2014086660A1
WO2014086660A1 PCT/EP2013/075012 EP2013075012W WO2014086660A1 WO 2014086660 A1 WO2014086660 A1 WO 2014086660A1 EP 2013075012 W EP2013075012 W EP 2013075012W WO 2014086660 A1 WO2014086660 A1 WO 2014086660A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
longitudinal
burner
pipe
air
main pipe
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/075012
Other languages
English (en)
Inventor
Louis Ricci
Gaël Le Piver
Original Assignee
Fives Pillard
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fives Pillard filed Critical Fives Pillard
Priority to US14/439,837 priority Critical patent/US10060620B2/en
Publication of WO2014086660A1 publication Critical patent/WO2014086660A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/005—Burners for combustion of pulverulent fuel burning a mixture of pulverulent fuel delivered as a slurry, i.e. comprising a carrying liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02—Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/20—Burner staging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06043—Burner staging, i.e. radially stratified flame core burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/01001—Pulverised solid fuel burner with means for swirling the fuel-air mixture

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of burners.
  • rotary furnace or rotary burners, such as cement kilns or lime kilns.
  • the pulverulent fuel is transported by air, said primary transport air that has been used in the pulverulent fuel drying / grinding process, in a longitudinal main pipe.
  • the rest of the air surrounds the main pipe and allows combustion. It is generally provided by hot air from cooling processes of the material cooked in the oven, and which may be at a temperature of 500 to 1100 ° C.
  • the longitudinal main pipe may comprise a concentric inner pipe, equipped with pipes for feeding other fuels, the other fuels may be a liquid such as oil, a gas, or a solid to allow the ignition of the fuel.
  • the air used in the pulverulent fuel drying / grinding process is filtered and then rejected (or recycled elsewhere) without participating in transporting the pulverulent fuel to the burner.
  • the pulverulent fuel is transported with a much lower amount of transport air than for the so-called "direct fired” rotary furnace burners.
  • the primary transport air with pulverulent fuel is transported at the burner level in a concentric and internal secondary pipe to a longitudinal main pipe.
  • the longitudinal main pipe may comprise, inside the secondary pipe, a concentric inner pipe equipped with pipes for feeding other fuels, the other fuels may be a liquid such as oil, a gas, or a solid to allow ignition of primary transport air and secondary air.
  • the flows of the primary air in these pipes may be axial or swirling (peripheral) due to the presence of swirling means.
  • the rest of the air surrounds the longitudinal main pipe and allows combustion. It is generally provided by hot air from cooling processes of the material cooked in the oven, and which may be at a temperature of 500 to 1100 ° C.
  • the high speed and the axial and / or swirling flows of the primary air ensure mixing between the primary transport air and the secondary air to achieve the combustion.
  • the longitudinal main pipe comprises, at its center, an inner pipe equipped with: a flame stabilizer and fuel supply pipes, the fuel being a liquid such as oil, a gas, or a solid for allow ignition of primary transport air and secondary air.
  • a flame stabilizer and fuel supply pipes the fuel being a liquid such as oil, a gas, or a solid for allow ignition of primary transport air and secondary air.
  • the present invention aims to provide a rotary furnace burner for performing such an ignition.
  • the burner for rotary kiln comprises:
  • a longitudinal tube disposed inside and concentrically with the main duct, the longitudinal tube extending to near an outlet end of the primary air transporting the burner and making it possible to produce an external longitudinal passage; disposed around and concentrically to an inner longitudinal passage.
  • the burner is remarkable in that it comprises, upstream of the inner longitudinal tube with respect to the flow of the primary transport air in the main pipe, means for distributing the solid particle concentrations of the different primary air transport, in the outer longitudinal passage and in the inner longitudinal passage.
  • the distribution means are arranged so as to achieve a concentration of solid particles of the primary transport air greater in the inner longitudinal passage than in the outer longitudinal passage.
  • the distribution means comprise at least one deflector of the solid particles disposed around the perimeter of the main pipe to deflect the solid particles preferentially towards the inner longitudinal passage.
  • the distribution means comprise several deflectors located one after the other in the main pipe, along the longitudinal axis of the main pipe, and arranged to increase the proportion of solid particles in the inner longitudinal passage.
  • the baffles comprise rings of different sizes, fixed in the burner concentrically, the smaller diameter ring being located downstream of the ring of larger diameter, with respect to the flow of primary air transport in the main pipe.
  • the burner comprises an inner pipe disposed in and concentrically with the inner longitudinal tube, the inner longitudinal passage is formed between the inner pipe and the inner pipe, and the outer longitudinal passage is formed between the inner longitudinal pipe and the main pipe.
  • the rings have a frustoconical inner surface converging towards the sedan.
  • the sedan contains a flame stabilizer, and fuel supply lines.
  • the burner has a guide piece of the primary transport air flow to the inner longitudinal passage.
  • a swirling means of the primary transport air is disposed in the outer longitudinal passage.
  • the swirling means is attached to the longitudinal tube and in that the longitudinal tube and the inner pipe are movable relative to each other.
  • adjusting the position of the longitudinal tube and the inner pipe to change the proportion of air flowing in the inner and outer longitudinal passages.
  • the inner pipe has at the outlet end of the primary air transport a frustoconical outer shape reduces the cross section of the inner longitudinal passage.
  • the primary transport air with pulverulent fuel represents 15% to 40% of the stoichiometric combustion air.
  • the primary transport air with pulverulent fuel represents 2% to 15% of the combustion air.
  • the burner comprises at least one outer pipe and concentric with the main pipe and in which circulates an axial flow of primary air.
  • the burner comprises a first outer pipe and concentric to the main pipe which comprises a means for swirling the primary air and a second outer pipe and concentric to the first outer pipe.
  • the invention also relates to a method using the burner defined above for producing a combustion zone with a low concentration of pulverulent fuel and a central zone with a higher concentration.
  • This method comprises the steps in which:
  • a primary air flow is produced which is charged with solid particles of a powdery fuel entering a main pipe
  • Concentrations of solid particles of the different primary transport air are distributed in an outer longitudinal passage of an inner tube and concentric to the main pipe and in an inner longitudinal passage of the inner tube.
  • FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a burner for rotary kiln according to the invention called "direct heating";
  • - Figure 2 shows a front view of a nozzle of the burner
  • - Figure 3 shows a cross-sectional view of the baffles of the burner according to the invention
  • - Figures 4a and 4b illustrate a detail view in longitudinal section of the burner deflectors
  • FIG. 5a and 5b illustrate a detail view in longitudinal section of the nozzle end of the burner
  • FIGS. 6 and 7 illustrate a rotary kiln burner
  • the present description relates to a burner 1 for a rotary kiln, comprising a cylindrical main pipe 2 conveying primary transport air loaded with solid particles of a powdery fuel in an axial longitudinal portion 2a.
  • the secondary air surrounds the main pipe 2 and is not shown here.
  • a concentric cylindrical inner longitudinal tube 3 whose downstream end extends close to an outlet end of the primary transport air of the burner nozzle 1.
  • the inner longitudinal tube 3 makes it possible to produce a cylindrical external longitudinal passage 3b (to the tube) arranged around and concentrically with a cylindrical inner longitudinal passage 3a (to the tube).
  • longitudinal tubes can be arranged concentrically in each other so as to achieve more than two longitudinal cylindrical passages of the primary air transport.
  • the pulverulent fuel may be, for example, coal, petcoke, lignite, wood powder or any type of finely ground solid fuel.
  • the primary transport air charged with the solid particles comes from a transverse pipe 4a, 4b connected by a connection to the main pipe 2.
  • the words 'upstream' and 'downstream' describe the elements arranged in the direction of flow of the primary air from the transverse pipe 4a, 4b to the end. of the nozzle.
  • the transverse pipe 4a has a larger diameter in the case of the first embodiment of the burner 1 for a rotary kiln called “direct heating” than for the transverse pipe 4b in the case of the second embodiment of the burner 1 for rotary kiln said "indirect heating", because of the greater flow of primary air transport that passes.
  • the primary transport air may represent 20% to 40% of the stoichiometric combustion air and may be at a temperature of, for example, 50 to 80 ° C. .
  • the primary air transport may comprise between 0.3 and 1 kg of fuel per Nm3 of primary air.
  • the primary transport air may represent 2% to 10% of the combustion air. It can present a quantity of fuel between 2 to 7 kg of coal Nm3 of primary transport air.
  • This primary air without pulverulent fuel transport air can represent for example of the order of 5 to 20% of the stoichiometric combustion air.
  • the distribution means are arranged so as to achieve a higher concentration of solid particles of the primary transport air in the inner longitudinal passage 3a and outside and in front of it (zone 23) said flow of A air, only in the outer longitudinal passage 3b and outside and in front of it (zone 22) said air flow B.
  • the distribution means comprise one or more deflectors 5 of solid particles which are disposed over the entire periphery of the main pipe 2 to deflect the solid particles of the pulverulent fuel to the inner longitudinal passage 3a, making it possible to achieve a concentration of greater solid particles in the inner longitudinal passage 3a than in the outer longitudinal passage 3b.
  • Heavier particles than air tend to bounce off the baffle (s) and / or to be deflected and displaced toward the inner longitudinal passage due to their inertia while the primary air of transport will tend to be less deflected to the inner longitudinal passage as the fuel particles, the flow velocity being chosen to avoid the deposition of particles for low speeds and the abrasion of the pipes for high speeds.
  • a cylindrical inner pipe 6 disposed in and concentrically with the inner pipe makes it possible to present a flame stabilizer 7 at the outlet of the nozzle of the burner 1, and fuel supply pipes. as shown in Figure 2.
  • the flame stabilizer 7 comprises a circular plate having cooling orifices and through which the fuel supply lines pass.
  • the zone situated in front of the flame stabilizer 7 constitutes a central dead zone which is outside the fuel streams and inside the inlet or the primary air inlets leaving the openings, in particular the flow streams.
  • air A and B A mixture of the primary combustion air and fuel sufficient for the formation of a flame occurs outside this dead central zone.
  • This flame stabilizer allows a better mixing of air flows A and air B and fuel leaving room for gas at the dead zone to mix.
  • one of the lines 8 or 9 can be used to supply a so-called start-up fuel to safely ignite the burner 1, this line constituting the igniter of the burner 1, and other lines 8 or 9 can bring alternative fuels liquid or solid.
  • the inner longitudinal passage 3a is formed between the inner pipe 6 and the inner pipe and the outer longitudinal passage 3b is realized between the inner tube and the main pipe 2.
  • the inner longitudinal tube 3 is axially displaceable with respect to the inner pipe 6 and with respect to the main pipe 2.
  • the inner pipe 6 is also movable axially relative to the main pipe 2 in an alternative embodiment.
  • the outlet wall 12 can be inclined.
  • the outlet wall may for example be an extension of the divergent cylindrical conical wall, which allows a better progressivity in the adjustment of the flow.
  • the main pipe 2 also has a geometric shape allowing a cross-sectional narrowing of the inner longitudinal passage 3a, for example in the form of a conical wall cylindrical 13 which converges inward followed by a straight exit wall 14.
  • the cylindrical conical wall 13 is situated upstream of the cylindrical conical wall 11 with respect to the flow.
  • the outlet wall 14 can be inclined.
  • the outlet wall may, for example, be an extension of the conical cylindrical conical wall, which allows a better progressivity in the control of the flow.
  • deflectors 5 are located axially one after the other and follow one another, in series, along the main axis C-C and are arranged to deflect the solid particles to the inner longitudinal passage 3a.
  • the baffles 5 are rings of different sizes, fixed in the burner 1 concentrically (with the same center), the ring of smaller diameter being located downstream of the ring of larger diameter, with respect to the flow of primary transport air loaded in the main pipe 2.
  • the rings have decreasing diameters between upstream and downstream of the flow, and longitudinal and / or radial spaces between which the air passes and a part of the solid particles are left between the rings.
  • Another part of the particles tends by their weight to be deflected towards the center of the pipe 2 in particular towards the inner longitudinal passage 3a more than towards the periphery of the pipe 2, in particular towards the external longitudinal passage 3b.
  • the spaces left between the rings, and the arrangement of the rings allow more air to pass than solid particles which are deflected along the rings, the particles being displaced from upstream ring downstream ring towards the inner longitudinal passage 3a.
  • the rings can be fixed by support means illustrated in FIG. 3, on an inner wall of the main pipe 2, as illustrated in FIG. 4a, and / or on an outer wall of the inner pipe, as illustrated in FIG. 4b.
  • These support means are radial armatures 15 and longitudinal armatures 16.
  • the longitudinal reinforcements 16 together fix, between them, the baffles 5, one behind the other along the main pipe 2.
  • the radial armatures 15 fix the deflectors 5 secured together by the longitudinal reinforcements 16, for example, at the level of the first deflector 5a and the fourth deflector 5b with the inner pipe 6 and / or the main pipe 2.
  • the deflectors 5 can also be fixed together on the inner longitudinal tube 3.
  • the baffle or deflectors 5 can be fixed one by one to the main pipe 2 or the inner pipe 6 or the inner longitudinal tube 3.
  • the baffles 5 are rings with a frustoconical inner longitudinal surface converging towards the inner pipe 6.
  • they may have an angle of 5 to 45 degrees with respect to the main axis C-C of the main pipe 2.
  • baffles 5 may be rings with a straight longitudinal outer surface and a frustoconical inner surface.
  • the number of deflectors is not limited to four and varies in particular according to the speed of the flow, the distance of the deflector (s) 5 with the longitudinal tube 3.
  • a single frustoconical longitudinal element, possibly perforated, oriented so as to allow the solid particles to be diverted towards the inner longitudinal passage 3a is conceivable.
  • a rotationally symmetrical deflector attached to the main pipe 2 away from the longitudinal tube 3 with a convergent upstream frustoconical longitudinal surface and a divergent downstream frustoconical longitudinal surface is also possible and makes it possible to divert the particles further towards the inner longitudinal passage than towards the external longitudinal passage, while the primary air can reorganize between the baffle and the longitudinal tube 3 to flow in a comparable amount in the inner longitudinal passage 3a and the outer longitudinal passage 3b.
  • a guide piece 17 of the primary transport air flow located upstream of the deflector or deflectors 5, has a geometric shape which guides the flow towards the inner wall of the main pipe 2, more precisely towards the inlet baffle 5a, then inward of the main pipe 2, more precisely to the other baffles 5 so as to guide the flow of air transport to the inner longitudinal passage 3a.
  • it has in longitudinal section a divergent upstream frustoconical longitudinal surface and a convergent downstream frustoconical longitudinal surface.
  • the divergent frustoconical longitudinal surface makes it possible to guide the flow of primary transport air towards the inlet deflector 5a.
  • the convergent frustoconical longitudinal surface makes it possible to guide the flow of primary transport air towards the other deflectors 5 and the internal longitudinal passage 3a.
  • This guide piece 17 is axially displaceable by means known from the state of the art.
  • a swirling means 18 of the primary transport air is arranged fixed to the inner tube, in the outer longitudinal passage 3b, near the outlet end nozzle of the primary transport air.
  • This swirling means 18 makes it possible to rotate the air circulating around the main axis C of the burner 1, in the external longitudinal passage 3b.
  • the airflow portion A centered is further away from the secondary air, creating a stable fuel-concentrated zone and generating HCN carbon radicals in a third zone.
  • the swirling means 18 is here in the figures attached to the inner longitudinal tube 3.
  • the displacement of this swirling means 18 by means of the displacement of the tube 3 makes it possible to vary the proportion of the air flow rates conveying the powdery fuel entering respectively into the pipes 3a. and 3b. As the air flow circulating in the pipe 3b, and thus through the swirling means 18, can thus be adjusted, it is possible to modify the shape of the flame by putting more or less air in rotation and thus adjust, at best, the shape of the flame at the need of the process.
  • the swirling means 18 has fins or partitions, inclined or not with respect to the radius of the main pipe 2, and not shown here.
  • the inner pipe 6 comprises at the end of the primary air transport outlet a frustoconical outer shape which, during the displacement of the single tube 3, to modify the cross section of the inner longitudinal passage 3a.
  • This section modification generates a pressure drop equivalent to that generated by the displacement of the fins of the swirling means 18 in the cross section of the outer longitudinal passage 3b.
  • This characteristic makes it possible to vary the flow rate passing through the fins 18 and therefore the amount of air put into rotation and consequently the flame shape without varying the proportion of flow flowing in the inner and outer longitudinal passages 3a, 3b.
  • the displacement of the single tube 3 allows the variation of the flow rate passing through the fins 18 without modifying the proportion of flow circulating in the inner and outer longitudinal passages 3a, 3b, the flow rate of air flowing throughout the passage outer longitudinal remaining the same.
  • the geometric outlet shape of the inner pipe 6 at the nozzle makes it possible to increase the pressure losses in the internal longitudinal passage 3a to compensate for the pressure drops in the external longitudinal passage 3b due to the presence of the swirling means 18.
  • the swirling means 18 is located at the cylindrical conical wall 13 in the advanced position of the inner tube 3.
  • the flow of the primary transport air with a lower concentration of powdery fuel particles passes into the swirl means 18 and the geometric shape of the inner pipe 6 is inside the end of the deflecting tube. the airflow in the internal longitudinal passage 3a in order to create losses equivalent to those created at the level of the air flow in the swirl means 18.
  • the frustoconical shape 1 1 reduces the section of the longitudinal passage 3a which is closed on one side by the longitudinal tube 3 and which is closed on the other side by the inner pipe 6 when the longitudinal tube 3 is in the advanced position
  • the frustoconical shape 1 1 reduces little or not the section of the longitudinal passage 3a which is open on one side at the end of the longitudinal tube 3 located upstream of the frustoconical shape 1 1 relative to the flow, and which is closed on the other side by the inner pipe 6 when the longitudinal tube 3 is in the retracted position.
  • the mobility of the longitudinal tube 3 on which is fixed the swirling means 18 and the arrangement of the lines 3 and 6 allow the adjustment of the proportion of air flowing in the external longitudinal passage 3b and in the In other words, it is also possible to vary the air flow rate between the outer longitudinal passage 3b and the inner longitudinal passage 3a, by displacing the inner tube 3 and the inner pipe 6 with respect to the main pipe 2.
  • the so-called "indirect heating" burner 1 has at least one concentric cylindrical pipe 19 external to the main pipe 2.
  • this outer pipe there is a longitudinal (or axial) primary air flow and / or a swirling longitudinal air flow (peripheral or radial).
  • an axial primary air flow and / or a swirling longitudinal air flow circulates.
  • the indirect-fired burner 1 has at least two cylindrical pipes 20 and 21, external and concentric with the main pipe 2.
  • a longitudinal primary air stream swirls by a swirling means.
  • the particles of the pulverulent fuel are diverted towards the inner longitudinal passage 3a.
  • staged ignition makes it possible to achieve a faster combustion with the secondary air, to produce more reducing species (HCN, NH3,
  • the air flow adjustment system between the inner and outer longitudinal passages 3a and 3b and the rotation on the outer longitudinal passage 3b output of the burner allows the adjustment of the flame shape.

Abstract

L'invention concerne un brûleur (1), comprenant : une conduite principale (2) longitudinale où circule en entrée de l'air primaire de transport chargé de particules solides d'un combustible pulvérulent, un tube longitudinal (3) disposé à l'intérieur et concentriquement à la conduite principale, le tube longitudinal s'étendant jusqu'à proximité d'une extrémité (10) de sortie de l'air primaire de transport de la conduite principale (2) et permettant de réaliser un passage longitudinal extérieur (3b) disposé autour et concentriquement à un passage longitudinal intérieur (3a), et des moyens de répartition des concentrations en particules solides de l'air primaire de transport différentes, dans le passage longitudinal extérieur (3b) et dans le passage longitudinal intérieur (3a).

Description

Brûleur
La présente invention concerne, de façon générale, le domaine des brûleurs.
Elle s'applique particulièrement aux brûleurs qui utilisent un combustible pulvérulent.
Elle concerne notamment mais de façon non limitative les brûleurs pour four rotatif (ou tournant), tels que les fours à ciment ou les fours à chaux.
Principalement, deux types de tels brûleurs pour four tournant existent, ceux dit de « chauffe direct » et ceux dit de "chauffe indirect".
Dans les brûleurs pour four tournant dit de « chauffe direct », le combustible pulvérulent est transporté par l'air, dit air primaire de transport ayant servi dans le procédé de séchage/broyage du combustible pulvérulent, dans une conduite principale longitudinale.
Le reste de l'air, appelé air secondaire, entoure la conduite principale et permet la combustion. Il est généralement apporté par de l'air chaud issu des procédés de refroidissement de la matière cuite dans le four, et qui peut être à une température de 500 à 1 100 ° C.
La conduite principale longitudinale peut comporter une conduite interne concentrique, équipée de conduites d'amenée d'autres combustibles, les autres combustibles pouvant être un liquide tel que de l'huile, un gaz, ou un solide pour permettre l'inflammation de l'air primaire de transport et de l'air secondaire.
Dans les brûleurs pour four tournant dit de « chauffe indirect », l'air ayant servi dans le procédé de séchage/broyage du combustible pulvérulent est filtré puis rejeter (ou recyclé ailleurs) sans participer au transport du combustible pulvérulent vers le brûleur. Le combustible pulvérulent est transporté avec une quantité d'air de transport beaucoup plus faible que pour les brûleurs pour four tournant dit de « chauffe direct ». L'air primaire de transport avec combustible pulvérulent est transporté au niveau du brûleur dans une conduite secondaire concentrique et intérieure à une conduite principale longitudinale.
La conduite principale longitudinale peut comporter à l'intérieur de la conduite secondaire, une conduite interne concentrique équipée de conduites d'amenée d'autres combustibles, les autres combustibles pouvant être un liquide tel que de l'huile, un gaz, ou un solide pour permettre l'inflammation de l'air primaire de transport et de l'air secondaire.
Un air primaire sans combustible pulvérulent et qui correspond à de l'air frais, sort à très haute vitesse, dans des conduites situées de façon concentrique à la conduite secondaire et à la conduite principale, à l'intérieur et/ou à l'extérieur de la conduite principale.
Les écoulements de l'air primaire dans ces conduites peuvent être axiaux ou tourbillonnants (périphériques) du fait de la présence de moyens de tourbillonnement.
Le reste de l'air, appelé air secondaire, entoure la conduite principale longitudinale et permet la combustion. Il est généralement apporté par de l'air chaud issu des procédés de refroidissement de la matière cuite dans le four, et qui peut être à une température de 500 à 1 100° C.
La grande vitesse et les écoulements axiaux et /ou tourbillonnants de l'air primaire assurent le mélange entre l'air primaire de transport et l'air secondaire pour réaliser la combustion.
La conduite principale longitudinale comporte, en son centre, une conduite interne équipée : d'un stabilisateur de flamme et de conduites d'amenée de combustible, le combustible pouvant être un liquide tel que de l'huile, un gaz, ou un solide pour permettre l'inflammation de l'air primaire de transport et de l'air secondaire.
Il existe un besoin de réaliser une inflammation plus rapide du brûleur à « chauffe direct » et du brûleur à « chauffe indirect », avec une concentration appropriée du combustible pulvérulent afin de réaliser une meilleure volatilisation du combustible pulvérulent et d'en faciliter son inflammation. Cette inflammation rapide du combustible pulvérulent ayant de multiples avantages comme la réduction des oxydes d'azote par effet d'étagement de la combustion, l'amélioration de la combustion des combustibles alternatifs et l'amélioration du profil thermique dans le four
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un brûleur pour four tournant permettant de réaliser une telle inflammation.
Le brûleur pour four rotatif, comporte :
- une conduite principale longitudinale où circule en entrée de l'air primaire de transport chargé de particules solides d'un combustible pulvérulent,
- un tube longitudinal disposé à l'intérieur de et concentriquement à la conduite principale, le tube longitudinal s'étendant jusqu'à proximité d'une extrémité de sortie de l'air primaire de transport du brûleur et permettant de réaliser un passage longitudinal extérieur disposé autour et concentriquement à un passage longitudinal intérieur.
A cette fin, le brûleur est remarquable en ce qu'il comporte, en amont du tube longitudinal intérieur par rapport à l'écoulement de l'air primaire de transport dans la conduite principale, des moyens de répartition des concentrations en particules solides de l'air primaire de transport différentes, dans le passage longitudinal extérieur et dans le passage longitudinal intérieur.
Avantageusement, les moyens de répartition sont agencés de façon à réaliser une concentration en particules solides de l'air primaire de transport plus grande dans le passage longitudinal intérieur que dans le passage longitudinal extérieur.
Les moyens de répartition comportent au moins un déflecteur des particules solides disposé sur le pourtour de la conduite principale pour dévier les particules solides préférentiellement vers le passage longitudinal intérieur.
Les moyens de répartition comportent plusieurs déflecteurs situés les uns à la suite des autres dans la conduite principale, le long de l'axe longitudinal de la conduite principale, et agencés de façon à augmenter la proportion de particules solides dans le passage longitudinal intérieur. Les déflecteurs comprennent des anneaux de différentes tailles, fixés dans le brûleur de façon concentrique, l'anneau de plus petit diamètre étant situé en aval de l'anneau de plus grand diamètre, par rapport à l'écoulement de l'air primaire de transport dans la conduite principale.
Le brûleur comprend une conduite intérieure, disposée dans et concentriquement au tube longitudinal intérieur, le passage longitudinal intérieur est réalisé entre la conduite intérieure et le tube intérieur, et le passage longitudinal extérieur est réalisé entre le tube longitudinal intérieur et la conduite principale.
Les anneaux sont à surface intérieure tronconique convergente vers la conduite intérieure.
La conduite intérieure contient un stabilisateur de flamme, et des conduites d'amenée de combustible.
Le brûleur présente une pièce de guidage de l'écoulement d'air primaire de transport vers le passage longitudinal intérieur.
Un moyen de tourbillonnement de l'air primaire de transport est disposé dans le passage longitudinal extérieur.
Le moyen de tourbillonnement est fixé au tube longitudinal et en ce que le tube longitudinal et la conduite intérieure sont mobiles l'un par rapport à l'autre.
Il est ainsi possible de faire passer la même proportion de débit d'air dans le passage longitudinal intérieur et dans le passage longitudinal extérieur avec plus d'air tourbillonnant passant dans le moyen de tourbillonnement.
II est également possible, en variante de réalisation, le réglage de la position du tube longitudinal et de la conduite intérieure pour changer la proportion d'air circulant dans les passages longitudinaux intérieur et extérieur.
La conduite intérieure comporte à l'extrémité de sortie de l'air primaire de transport une forme extérieure tronconique permet de réduire la section transversale du passage longitudinal intérieur. Dans le mode de réalisation du four tournant à chauffe directe, l'air primaire de transport avec combustible pulvérulent représente 15% à 40% de l'air de combustion stœchiométrique.
Dans le mode de réalisation du four tournant à chauffe indirecte, l'air primaire de transport avec combustible pulvérulent représente 2% à 15% de l'air de combustion.
Dans ce mode de réalisation, le brûleur comprend au moins une canalisation extérieure et concentrique à la conduite principale et dans laquelle circule un écoulement axial d'air primaire.
En variante de réalisation, le brûleur comprend une première canalisation extérieure et concentrique à la conduite principale qui comporte un moyen de tourbillonnement de l'air primaire et une deuxième canalisation extérieure et concentrique à la première conduite extérieure.
L'invention concerne aussi un procédé utilisant le brûleur défini ci- avant pour réaliser une zone de combustion à faible concentration de combustible pulvérulent et une zone centrale à plus forte concentration.
Ce procédé comprend les étapes dans lesquels :
- on réalise un écoulement d'air primaire chargé de particules solides d'un combustible pulvérulent en entrée dans une conduite principale,
- on répartit des concentrations en particules solides de l'air primaire de transport différentes dans un passage longitudinal extérieur d'un tube intérieur et concentrique à la conduite principale et dans un passage longitudinal intérieur du tube intérieur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un brûleur pour four rotatif selon l'invention dit de « chauffe directe » ;
- la figure 2 représente une vue avant d'une buse du brûleur ; - la figure 3 représente une vue en coupe transversale de déflecteurs du brûleur selon l'invention ; - les figures 4a et 4b illustrent une vue de détail en coupe longitudinale des déflecteurs du brûleur ;
- les figures 5a et 5b illustrent une vue de détail en coupe longitudinale de l'extrémité de la buse du brûleur ;
- les figures 6 et 7 illustrent un brûleur pour four rotatif dit de
« chauffe indirecte ».
La présente description concerne un brûleur 1 pour four rotatif, comprenant une conduite principale 2 cylindrique transportant de l'air primaire de transport chargé de particules solides d'un combustible pulvérulent dans une partie longitudinale 2a axiale.
Les mots longitudinal' et 'axial' qualifient tout élément situé suivant un axe principal C-C de la conduite principale 2, le mot 'radial' tout élément situé suivant le rayon de la conduite principale 2 et le mot 'tourbillonnant' ou 'périphérique' tout élément situé selon le périmètre de la conduite principale 2.
L'air secondaire entoure la conduite principale 2 et n'est pas représenté ici.
Conformément à l'invention, dans l'intérieur de la conduite principale 2, est disposé un tube longitudinal 3 intérieur concentrique cylindrique dont l'extrémité aval s'étend à proximité d'une extrémité de sortie de l'air primaire de transport de la buse du brûleur 1 .
Le tube longitudinal 3 intérieur permet de réaliser un passage longitudinal extérieur 3b (au tube) cylindrique disposé autour et concentriquement à un passage longitudinal intérieur 3a (au tube) cylindrique.
En variante de réalisation non représentée, plusieurs tubes longitudinaux peuvent être disposés concentriquement les uns dans les autres de façon à réaliser plus que deux passages longitudinaux cylindriques de l'air primaire de transport.
Le combustible pulvérulent peut être, par exemple du charbon, du petcoke, de la lignite, de la poudre de bois ou tout type de combustible solide broyé finement. L'air primaire de transport chargé des particules solides provient d'une conduite transversale 4a, 4b reliée par un piquage à la conduite principale 2.
Par souci de simplification et pour la suite de la description, les mots 'amont' et 'aval' qualifient les éléments disposés suivant le sens de l'écoulement de l'air primaire depuis la conduite transversale 4a, 4b jusqu'à l'extrémité de la buse.
La conduite transversale 4a présente un plus grand diamètre dans le cas du premier mode de réalisation du brûleur 1 pour four rotatif dit de « chauffe directe » que pour la conduite transversale 4b dans le cas du deuxième mode de réalisation du brûleur 1 pour four rotatif dit de « chauffe indirecte », en raison du plus grand débit d'air primaire de transport qui y passe.
Dans le cas du brûleur 1 a pour four rotatif à « chauffe directe », l'air primaire de transport peut représenter 20% à 40% de l'air de combustion stœchiométrique et peut être à une température par exemple de 50 à 80 °C.
L'air primaire de transport peut comporter entre 0.3 et 1 kg de combustible par Nm3 d'air primaire.
Dans le cas du brûleur 1 b pour four rotatif à « chauffe indirecte », l'air primaire de transport peut représenter 2% à 10% de l'air de combustion. Il peut présenter une quantité de combustible entre 2 à 7 kg de charbon Nm3 d'air primaire de transport. L'air primaire sans combustible pulvérulent et qui correspond à de l'air frais, sort à très haute vitesse, par exemple à des vitesses supérieures à 200 m/s. Cet air primaire sans l'air de transport du combustible pulvérulent peut représenter par exemple de l'ordre de 5 à 20% de l'air de combustion stœchiométrique.
Conformément à l'invention et comme décrit sur les figures 1 , 6 et 7, il est disposé dans la partie longitudinale 2a de la conduite principale 2 en amont du tube longitudinal 3 intérieur cylindrique, des moyens de répartition des concentrations en particules solides de l'air primaire de transport différentes dans le passage longitudinal extérieur 3b et dans le passage longitudinal intérieur 3a (ou entre le passage longitudinal extérieur 3b et le passage longitudinal intérieur 3a). Ici, les moyens de répartition sont agencés de façon à réaliser une concentration plus grande en particules solides de l'air primaire de transport dans le passage longitudinal intérieur 3a et à l'extérieur et devant celui-ci (zone 23) dit flux d'air A, que dans le passage longitudinal extérieur 3b et à l'extérieur et devant celui-ci (zone 22) dit flux d'air B.
Avantageusement, les moyens de répartition comportent un ou plusieurs déflecteurs 5 de particules solides qui sont disposés sur l'ensemble du pourtour de la conduite principale 2 pour dévier les particules solides du combustible pulvérulent vers le passage longitudinal intérieur 3a, permettant de réaliser une concentration de particules solides plus importante dans le passage longitudinal intérieur 3a dans que dans le passage longitudinal extérieur 3b.
Les particules plus lourdes que l'air ont tendance à rebondir sur le ou les déflecteurs 5 et/ou à être déviées et déplacées vers le passage longitudinal intérieur du fait de leur inertie tandis que l'air primaire de transport aura tendance à être moins dévié vers le passage longitudinal intérieur que les particules de combustible, la vitesse de l'écoulement étant choisie pour éviter le dépôt des particules pour les faibles vitesses et l'abrasion des conduites pour les fortes vitesses.
Dans la réalisation préférée des deux modes de réalisation, une conduite intérieure 6 cylindrique, disposée dans et concentriquement au tube intérieur, permet de présenter un stabilisateur de flamme 7 à la sortie de la buse du brûleur 1 , et des conduites d'amenée de combustible, comme illustré sur la figure 2.
Comme il est connu de l'art antérieur, le stabilisateur de flamme 7 comporte une plaque circulaire présentant des orifices de refroidissement et traversée par les conduites d'amenée de combustible.
La zone située en avant du stabilisateur de flamme 7 constitue une zone morte centrale qui se trouve à l'extérieur des courants de combustible et à l'intérieur de l'arrivée ou des arrivées d'air primaire sortant des ouvertures en particulier des flux d'air A et B. Un mélange de l'air de combustion primaire de transport et du combustible suffisant pour la formation d'une flamme, se produit à l'extérieur de cette zone centrale morte.
Ce stabilisateur de flamme permet un meilleur mélange des flux d'air A et d'air B et du combustible en laissant de la place aux gaz au niveau de la zone morte pour se mélanger.
Parmi les conduites d'amenée de combustible à la buse de sortie du brûleur 1 , une des conduites 8 ou 9 permet d'amener, un combustible dit de démarrage afin d'allumer en sécurité le brûleur 1 , cette conduite constituant l'allumeur du brûleur 1 , et les autres conduites 8 ou 9 permettent d'amener des combustibles alternatifs liquides ou solides.
Ici, sur l'ensemble des figures, du fait du positionnement du tube longitudinal intérieur 3 par rapport à la conduite intérieure 6, le passage longitudinal intérieur 3a est réalisé entre la conduite intérieure 6 et le tube intérieur et le passage longitudinal extérieur 3b est réalisé entre le tube intérieur et la conduite principale 2.
Le tube longitudinal intérieur 3 est déplaçable axialement par rapport à la conduite intérieure 6 et par rapport à la conduite principale 2.
La conduite intérieure 6 est également déplaçable axialement par rapport à la conduite principale 2 dans une variante de réalisation.
Elle comporte à distance d'une extrémité de sortie 10 de l'air primaire de transport, une forme géométrique permettant un rétrécissement de section transversale du passage longitudinal intérieur 3a, par exemple une paroi conique cylindrique 1 1 qui diverge vers l'extérieur suivie ici d'une paroi de sortie 12 droite qui débouche sur l'extrémité de sortie 10.
La paroi de sortie 12 peut être inclinée. La paroi de sortie peut par exemple être le prolongement de la paroi conique cylindrique divergente, ce qui permet une meilleure progressivité dans le réglage de l'écoulement.
La conduite principale 2 comporte également une forme géométrique permettant un rétrécissement de section transversale du passage longitudinal intérieur 3a, par exemple sous la forme d'une paroi conique cylindrique 13 qui converge vers l'intérieur suivie d'une paroi de sortie droite 14.
La paroi conique cylindrique 13 est située en amont de la paroi conique cylindrique 1 1 par rapport à l'écoulement.
La paroi de sortie 14 peut être inclinée. La paroi de sortie peut, par exemple, être le prolongement de la paroi conique cylindrique convergente, ce qui permet une meilleure progressivité dans le réglage de l'écoulement.
Plusieurs déflecteurs 5 sont situés axialement les uns à la suite des autres et se succèdent, en série, suivant l'axe principal C-C et sont agencés de façon à dévier les particules solides vers le passage longitudinal intérieur 3a.
Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 , 4a, 4b, 6 et 7, les déflecteurs 5 sont des anneaux de différentes tailles, fixés dans le brûleur 1 de façon concentrique (avec un même centre), l'anneau de plus petit diamètre étant situé en aval de l'anneau de plus grand diamètre, par rapport à l'écoulement de l'air primaire de transport chargé dans la conduite principale 2.
En d'autres termes, les anneaux ont des diamètres décroissants entre l'amont et l'aval de l'écoulement, et des espaces longitudinaux et ou/radiaux entre lesquels passent l'air et une partie des particules solides sont laissés entre les anneaux.
Une autre partie des particules ont tendance de par leur poids à être déviées vers le centre de la conduite 2 en particulier vers le passage longitudinal intérieur 3a plus que vers la périphérie de la conduite 2, en particulier vers le passage longitudinal extérieur 3b.
En d'autres termes, les espaces laissés entre les anneaux, et la disposition des anneaux permettent de laisser passer plus d'air que de particules solides qui sont déviées le long des anneaux, les particules étant déplacées d'anneau amont en anneau aval vers le passage longitudinal intérieur 3a.
Ainsi, en fonction de ces espaces, de la géométrie et de l'angle des anneaux 5 par rapport à l'axe longitudinal du brûleur 1 et à l'écoulement, il est possible d'avoir deux concentrations de particules solides des flux d'air A et flux d'air B voisines ou plus éloignées.
Par exemple, on peut choisir de répartir entre 10% à 40% de particules solides dans le flux d'air A et 60% à 90% de particules solides dans le flux d'air B.
Il est illustré ici quatre anneaux, l'invention n'étant pas limitée à ce nombre.
Les anneaux peuvent être fixés par des moyens de support illustrés sur la figure 3, sur une paroi intérieure de la conduite principale 2, comme illustré sur la figure 4a, et/ou sur une paroi extérieure de la conduite interne, comme illustré sur la figure 4b.
Ces moyens de support sont ici des armatures radiales 15 et des armatures longitudinales 16.
Les armatures longitudinales 16 fixent ensemble, entre eux, les déflecteurs 5, les uns derrière les autres le long de la conduite principale 2.
Les armatures radiales 15 fixent les déflecteurs 5 solidarisés ensemble par les armatures longitudinales 16, par exemple, au niveau du premier déflecteur 5a et du quatrième déflecteur 5b avec la conduite intérieure 6 et/ou la conduite principale 2.
Les déflecteurs 5 peuvent être fixés également ensemble sur le tube longitudinal intérieur 3.
En variante de réalisation non représentée, le ou les déflecteurs 5 peuvent être fixés un à un, à la conduite principale 2 ou à la conduite intérieure 6 ou au tube longitudinal intérieur 3.
Sur les deux modes de réalisation du brûleur 1 représentés sur l'ensemble des figures, les déflecteurs 5 sont des anneaux à surface longitudinale intérieure tronconique convergente vers la conduite intérieure 6.
Par exemple, à titre uniquement illustratif, ils peuvent présenter un angle de 5 à 45 degrés par rapport à l'axe principal C-C de la conduite principale 2.
Ils peuvent présenter le même angle par rapport à l'axe principal C-C de la conduite principale 2. En variante de réalisation, les déflecteurs 5 peuvent être des anneaux à surface extérieure longitudinale droite et à surface intérieure tronconique.
Le nombre de déflecteurs n'est pas limité à quatre et varie notamment en fonction de la vitesse de l'écoulement, de la distance du ou des déflecteurs 5 avec le tube longitudinal 3.
En variante de réalisation, un seul élément longitudinal tronconique, éventuellement perforé, orienté de façon à permettre de dévier les particules solides vers le passage longitudinal intérieur 3a est envisageable.
Un déflecteur à symétrie de révolution fixé à la conduite principale 2 à distance du tube longitudinal 3 avec une surface longitudinale tronconique amont convergente et une surface longitudinale tronconique aval divergente est également possible et permet de dévier les particules davantage vers le passage longitudinal intérieur que vers le passage longitudinal extérieur, tandis que l'air primaire peut se réorganiser entre le déflecteur et le tube longitudinal 3 pour s'écouler en quantité comparable dans le passage longitudinal intérieur 3a et le passage longitudinal extérieur 3b.
Une pièce de guidage 17 de l'écoulement d'air primaire de transport située en amont du déflecteur ou des déflecteurs 5, présente une forme géométrique qui permet de guider l'écoulement vers la paroi intérieure de la conduite principale 2, plus précisément vers le déflecteur d'entrée 5a, puis vers l'intérieur de la conduite principale 2, plus précisément vers les autres déflecteurs 5 de façon à guider l'écoulement de l'air transport vers le passage longitudinal intérieur 3a.
Par exemple, elle présente en coupe longitudinale une surface longitudinale tronconique amont divergente et une surface longitudinale tronconique aval convergente.
La surface longitudinale tronconique divergente permet de guider l'écoulement d'air primaire de transport vers le déflecteur d'entrée 5a.
La surface longitudinale tronconique convergente permet de guider l'écoulement d'air primaire de transport vers les autres déflecteurs 5 et le passage longitudinal intérieur 3a. Cette pièce de guidage 17 est déplaçable axialement par des moyens connus de l'état de l'art.
De façon avantageuse, un moyen de tourbillonnement 18 de l'air primaire de transport est disposé fixé au tube intérieur, dans le passage longitudinal extérieur 3b, à proximité de la buse d'extrémité de sortie de l'air primaire de transport.
Ce moyen de tourbillonnement 18 permet de mettre en rotation l'air circulant autour de l'axe principal C du brûleur 1 , dans le passage longitudinal extérieur 3b.
Le flux d'air B moins concentré en particules solides dans ce passage longitudinal extérieur 3b s'enflamme plus rapidement au contact de l'oxygène de l'air extérieur secondaire qui l'entoure, ce qui permet d'avoir une première zone dite oxydante d'inflammation rapide des fines.
Le flux d'air A plus concentré en particules solides en sortie du passage longitudinal intérieur 3a entouré du flux d'air B enflammé s'enflamme plus facilement à son tour, ce qui crée une deuxième zone de réduction des Nox.
La partie de flux d'air A centrée est encore plus éloignée de l'air secondaire, ce qui crée une zone stable concentré en combustible et génère des radicaux carboné HCN dans une troisième zone.
Le moyen de tourbillonnement 18 est ici sur les figures fixé au tube longitudinal intérieur 3.
Il est donc déplaçable axialement avec le déplacement du tube intérieur 3. Le déplacement de ce moyen de tourbillonnement 18 à l'aide du déplacement du tube 3 permet faire varier la proportion des débits d'air transportant le combustible pulvérulent entrant respectivement dans les conduites 3a et 3b. Le débit d'air circulant dans la conduite 3b, et donc à travers le moyen de tourbillonnement 18, pouvant être ainsi ajusté, il est possible de modifier la forme de la flamme en mettant plus ou moins d'air en rotation et ajuster ainsi, au mieux, la forme de la flamme au besoin du procédé. Le moyen de tourbillonnement 18 présente des ailettes ou cloisons, inclinées ou non par rapport au rayon de la conduite principale 2, et non représentées ici.
La conduite intérieure 6 comporte à l'extrémité de la sortie de l'air primaire de transport une forme extérieure tronconique qui permet, lors du déplacement du seul tube 3, de modifier la section transversale du passage longitudinal intérieur 3a. Cette modification de section génère une perte de charge équivalente à celle générée par le déplacement des ailettes du moyen de tourbillonnement 18 dans la section transversale du passage longitudinal extérieur 3b. Cette caractéristique permet de faire varier le débit traversant les ailettes 18 et donc la quantité d'air mise en rotation et par conséquent la forme de flamme sans faire varier la proportion de débit circulant dans les passages longitudinaux intérieur et extérieur 3a, 3b.
En d'autres termes, le déplacement du seul tube 3 permet la variation du débit traversant les ailettes 18 sans modification de la proportion de débit circulant dans les passages longitudinaux intérieur et extérieur 3a, 3b, le débit d'air circulant dans tout le passage longitudinal extérieur restant le même.
En d'autres termes, la forme géométrique de sortie de la conduite intérieure 6 au niveau de la buse permet d'augmenter les pertes de charge dans le passage longitudinal intérieur 3a pour compenser les pertes de charge dans le passage longitudinal extérieur 3b dues à la présence du moyen de tourbillonnement 18.
En position avancée du tube intérieur 3 sur lequel est fixé le moyen de tourbillonnement 18 par rapport à l'axe C-C, les pertes de charge sont compensées.
Le moyen de tourbillonnement 18 est situé au niveau de la paroi conique cylindrique 13 dans la position avancée du tube intérieur 3.
L'écoulement de l'air primaire de transport avec une concentration plus faible de particules de combustible pulvérulent passe dans le moyen de tourbillonnement 18 et la forme géométrique de la conduite intérieure 6 est à l'intérieur de l'extrémité du tube permettant de dévier le flux d'air dans le passage longitudinal intérieur 3a afin de créer des pertes de charges équivalentes à celles crées au niveau du flux d'air dans le moyen de tourbillonnement 18.
En d'autres termes, la forme tronconique 1 1 réduit la section du passage longitudinal 3a qui est fermé d'un côté par le tube longitudinal 3 et qui est fermé de l'autre côté par la conduite intérieure 6 lorsque le tube longitudinal 3 est dans la position avancée
En position reculée du tube intérieur sur lequel est fixé le moyen de tourbillonnement 18 par rapport à l'axe C-C, l'écoulement de l'air primaire de transport avec une concentration plus faible de particules de combustible pulvérulent évite le moyen de tourbillonnement 18 et la forme géométrique de la conduite intérieure 6 est à l'extérieur de l'extrémité du tube permettant de dévier le flux d'air dans le passage longitudinal intérieur 3a vers le passage longitudinal extérieur 3b, ce qui limite les pertes de charges qui sont à nouveau équivalentes à celles crées au niveau du flux d'air du passage longitudinal extérieur 3b qui évite le moyen de tourbillonnement 18.
En d'autres termes, la forme tronconique 1 1 réduit peu ou pas la section du passage longitudinal 3a qui est ouvert d'un côté à l'extrémité du tube longitudinal 3 situé en amont de la forme tronconique 1 1 par rapport à l'écoulement, et qui est fermé de l'autre côté par la conduite intérieure 6 lorsque le tube longitudinal 3 est dans la position reculée.
En variante de réalisation non représentée, la mobilité du tube longitudinal 3 sur lequel est fixé le moyen de tourbillonnement 18 et l'agencement des conduites 3 et 6 permettent le réglage de la proportion d'air circulant dans le passage longitudinal extérieur 3b et dans le passage longitudinal intérieur 3a, En d'autres termes, il est également possible de faire varier le débit d'air entre le passage longitudinal extérieur 3b et le passage longitudinal intérieur 3a, en déplaçant le tube intérieur 3 et la conduite intérieure 6 par rapport à la conduite principale 2.
Comme illustré sur la figure 6, le brûleur 1 dit de « chauffe indirecte » présente au moins une conduite cylindrique concentrique 19 extérieure à la conduite principale 2. Dans cette conduite extérieure circule un écoulement d'air primaire longitudinal droit (ou axial) et/ou un écoulement d'air longitudinal tourbillonnant (périphérique ou radial).
De plus, dans la conduite interne, circule un écoulement d'air primaire axial et/ou un écoulement d'air longitudinal tourbillonnant.
Comme illustré sur la figure 7, le brûleur 1 à chauffe indirecte présente au moins deux conduites cylindriques 20 et 21 , extérieures et concentriques à la conduite principale 2.
Dans la première conduite extérieure 20 circule un écoulement d'air primaire longitudinal tourbillonnant par un moyen de tourbillonnement.
Dans la deuxième conduite extérieure 21 circule un écoulement d'air primaire longitudinal droit.
De plus, dans la conduite intérieure 6, circule un écoulement d'air primaire longitudinal droit.
Pour les deux modes de réalisation de brûleur 1 à « chauffe directe » et de brûleur 1 à « chauffe indirecte », les particules du combustible pulvérulent sont déviées vers le passage longitudinal intérieur 3a.
Ce qui permet de réaliser un flux d'air primaire extérieur moins concentré en combustible pulvérulent qui va entourer le flux d'air primaire intérieur.
Ce flux d'air primaire extérieur moins concentré en combustible pulvérulent va brûler plus vite et permettre à son tour de brûler le flux d'air primaire intérieur plus concentré avec combustible pulvérulent
Ainsi, l'inflammation étagée permet de réaliser une combustion plus rapide avec l'air secondaire, produire plus d'espèces réductrices (HCN, NH3,
HC .) en chauffant le combustible pulvérulent avant de le brûler et réduire ainsi la formation d'oxyde d'azote.
Le système d'ajustement des débits d'air entre les passages longitudinaux intérieur et extérieur 3a et 3b et la mise en rotation sur le passage longitudinal extérieur 3b en sortie 10 du brûleur permet quant à lui l'ajustement de la forme de flamme.

Claims

Revendications
1 . Brûleur (1 ), comprenant une conduite principale (2) longitudinale où circule en entrée de l'air primaire de transport chargé de particules solides d'un combustible pulvérulent, comprenant :
- un tube longitudinal (3) disposé à l'intérieur et concentriquement à la conduite principale (2), s'étendant jusqu'à proximité d'une extrémité (10) de sortie de l'air primaire de transport de la conduite principale (2) et permettant de réaliser un passage longitudinal extérieur (3b) disposé autour et concentriquement à un passage longitudinal intérieur (3a),
- en amont du tube longitudinal (3), des moyens (5) de répartition des concentrations en particules solides de l'air primaire de transport différentes dans le passage longitudinal extérieur (3b) et dans le passage longitudinal intérieur (3a),
- une conduite intérieure (6), disposée dans et concentriquement au tube longitudinal (3) intérieur, le passage longitudinal intérieur (3a) étant réalisé entre la conduite intérieure (6) et le tube intérieur, et le passage longitudinal extérieur (3b) étant réalisé entre le tube longitudinal (3) intérieur et la conduite principale (2),
caractérisé en ce que les moyens de répartition (5) comportent plusieurs déflecteurs (5) situés les uns à la suite des autres dans la conduite principale (2), le long de l'axe longitudinal de la conduite principale (2), et déviant les particules de façon à réaliser une concentration en particules solides de l'air primaire de transport plus grande dans le passage longitudinal intérieur (3a) que dans le passage longitudinal extérieur (3b), et un moyen de tourbillonnement (18) de l'air primaire de transport est disposé dans le passage longitudinal extérieur (3b) de façon à mettre en rotation l'air primaire de transport ayant une concentration plus faible en particules solides
2. Brûleur (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens de répartition (5) comportent au moins un déflecteur (5a) des particules solides disposé sur le pourtour de la conduite principale (2) pour dévier les particules solides préférentiellement vers le passage longitudinal intérieur (3a).
3. Brûleur (1 ) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les déflecteurs (5) comprennent des anneaux espacés, ayant des diamètres détailles décroissantes d'amont en aval par rapport à l'écoulement, fixés dans le brûleur (1 ) de façon concentrique l'anneau de plus petit diamètre (5b) étant situé en aval de l'anneau de plus grand diamètre (5a), par rapport à l'écoulement de l'air primaire de transport dans la conduite principale (2).
4. Brûleur (1 ) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les anneaux sont à surface intérieure tronconique convergente vers la conduite intérieure (6).
5. Brûleur (1 ) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les anneaux présentent un angle de 5 à 45° par rapport à un axe principal (C-C) de la conduite principale (2).
6. Brûleur (1 ) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les anneaux présentent le même angle par rapport à l'axe principal (C-C) de la conduite principale (2).
7. Brûleur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les anneaux sont fixés par des moyens de support sur une paroi intérieure de la conduite principale (2), et/ou sur une paroi extérieure de la conduite interne (6), les moyens de support étant des armatures radiales (15) et des armatures longitudinales (16), les armatures longitudinales (16) fixant ensemble, entre eux, les déflecteurs (5), les uns derrière les autres le long de la conduite principale (2).
8. Brûleur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il présente une pièce de guidage mobile (17) de l'écoulement d'air primaire de transport vers le passage longitudinal intérieur (3a).
9. Brûleur (1 ) selon la revendication 8, caractérisé en ce que la pièce de guidage (17) comporte une surface longitudinale tronconique divergente qui permet de guider l'écoulement d'air primaire de transport vers un déflecteur d'entrée (5a) et une surface longitudinale tronconique convergente qui permet de guider l'écoulement d'air primaire de transport vers les autres déflecteurs (5) et le passage longitudinal intérieur (3a).
10. Brûleur (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le moyen de tourbillonnement (18) est fixé au tube longitudinal (3), et en ce que le tube longitudinal (3) et la conduite intérieure (6) sont mobiles l'un par rapport à l'autre.
1 1 . Brûleur (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en en ce que la conduite intérieure (6) comporte à proximité de l'extrémité de sortie de l'air primaire de transport une forme extérieure tronconique (1 1 ) permettant de réduire la section transversale du passage longitudinal intérieur (3a).
12. Brûleur (1 ) selon la revendication 1 1 , caractérisé en en ce que la conduite principale (2) comporte à son extrémité de sortie du brûleur une paroi conique cylindrique (13) qui converge vers l'intérieur suivie d'une paroi de sortie droite (14).
13. Brûleur (1 ) selon les revendications 10, 1 1 et 12, caractérisé en en ce la forme extérieure tronconique de la conduite intérieure est située dans la conduite principale (2) pour que les pertes de charges dans les passages longitudinal intérieur (3a) et extérieur (3b), lorsque le tube longitudinal (3) est dans une position avancée pour laquelle l'écoulement de l'air primaire passe dans le moyen de tourbillonnement (18), soient égales aux pertes de charges dans les passages longitudinal intérieur (3a) et extérieur (3b), lorsque le tube longitudinal (3) est dans une position reculée dans laquelle l'écoulement de l'air primaire évite le moyen de tourbillonnement (18).
14. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le brûleur comprend au moins une canalisation (19) extérieure et concentrique à la conduite principale et dans laquelle circule un écoulement axial d'air primaire.
15. Brûleur selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le brûleur comprend une première canalisation (20) extérieure et concentrique à la conduite principale qui comporte un moyen de tourbillonnement de l'air primaire et une deuxième canalisation (21 ) extérieure et concentrique à la première conduite extérieure.
PCT/EP2013/075012 2012-12-04 2013-11-28 Brûleur WO2014086660A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/439,837 US10060620B2 (en) 2012-12-04 2013-11-28 Burner

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1261626A FR2998946B1 (fr) 2012-12-04 2012-12-04 Bruleur charbon a double flux
FR1261626 2012-12-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014086660A1 true WO2014086660A1 (fr) 2014-06-12

Family

ID=48040330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/075012 WO2014086660A1 (fr) 2012-12-04 2013-11-28 Brûleur

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10060620B2 (fr)
FR (1) FR2998946B1 (fr)
WO (1) WO2014086660A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018036566A1 (fr) * 2016-08-25 2018-03-01 Zheng Shi Système et procédé de combustion de charbon pulvérisé

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4611543A (en) * 1981-12-17 1986-09-16 Combustion Engineering, Inc. Restrictor application for in line gas entrained solids redistribution
US5090339A (en) * 1989-07-17 1992-02-25 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Burner apparatus for pulverized coal
US5685242A (en) * 1994-03-18 1997-11-11 Hitachi, Ltd. Pulverized coal combustion burner
FR2773388A1 (fr) * 1998-01-06 1999-07-09 Gec Alsthom Stein Ind Procede et dispositif pour la combustion de combustible solide pulverise
US6116171A (en) * 1994-11-14 2000-09-12 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Pulverized coal combustion burner

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988286A (en) * 1989-03-14 1991-01-29 Electric Power Technologies, Inc. Smokeless ignitor
EP0445938B1 (fr) * 1990-03-07 1996-06-26 Hitachi, Ltd. Brûleur à charbon pulvérisé, chaudière au charbon pulvérisé et procédé pour la combustion de charbon pulvérisé

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4611543A (en) * 1981-12-17 1986-09-16 Combustion Engineering, Inc. Restrictor application for in line gas entrained solids redistribution
US5090339A (en) * 1989-07-17 1992-02-25 Babcock-Hitachi Kabushiki Kaisha Burner apparatus for pulverized coal
US5685242A (en) * 1994-03-18 1997-11-11 Hitachi, Ltd. Pulverized coal combustion burner
US6116171A (en) * 1994-11-14 2000-09-12 Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Pulverized coal combustion burner
FR2773388A1 (fr) * 1998-01-06 1999-07-09 Gec Alsthom Stein Ind Procede et dispositif pour la combustion de combustible solide pulverise

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018036566A1 (fr) * 2016-08-25 2018-03-01 Zheng Shi Système et procédé de combustion de charbon pulvérisé

Also Published As

Publication number Publication date
US20150276214A1 (en) 2015-10-01
FR2998946A1 (fr) 2014-06-06
FR2998946B1 (fr) 2018-07-27
US10060620B2 (en) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1907754B1 (fr) Procédé et installation de combustion de gaz combustible pauvre, sans soutien, à l'aide d'un brûleur et brûleur associé
FR2522392A1 (fr) Bruleur a charbon pulverulent
FR2535018A1 (fr) Bruleur a charbon pulverise
EP0421903B2 (fr) Procédé d'exploitation d'un brûleur et brûleurs pour four tubulaire tournant
WO2015055916A1 (fr) Brûleur de gaz pauvre
US20120272875A1 (en) Burner for Particulate Fuel
MX2014004260A (es) Quemador de combustible solido.
WO2014086660A1 (fr) Brûleur
BE1024784B1 (fr) Procédé de combustion de combustible dans une chambre de combustion tubulaire
EP1862735B1 (fr) Conduite annulaire à double flux et brûleur comportant une telle conduite
EP2283278B1 (fr) Brûleur à points périphériques d'injection d'air à flux axial
EP0926434A1 (fr) Brûleur à faible émission d'oxyde d'azote avec circuit de gaz recyclé
EP3903029B1 (fr) Brûleur a flamme ajustable
EP1045203B1 (fr) Brûleur à plusieurs combustibles
FR3084449A1 (fr) Dispositif d'injection de carburant multipoint
FR2951525A1 (fr) Procede de fonctionnement d'une chaudiere
ZA201102067B (en) Burner comprising a tangential spiral inlet manifold
FR2700830A1 (fr) Brûleur à gaz pour fours et installations d'incinération.

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13805303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14439837

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13805303

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1