WO2019106309A1 - Bruleur comprenant une piece d'usure - Google Patents

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WO2019106309A1
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injector block
block
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Antoine Guillet
Frédéric LOPEPE
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Saint-Gobain Isover
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Definitions

  • the present invention relates to a burner for glass furnace, an installation incorporating such a burner, and the use of such an installation for melting a composition of vitrifiable materials. More specifically, flat-glass forming plants such as float or rolling mills, but also hollow-glass forming plants of the bottle-and-bottle type, and more particularly fiber-glass forming installations of the type of mineral wool, are particularly targeted. thermal or sound insulation or reinforcing textile glass threads.
  • the vitrifiable materials are generally of the oxide type, and generally comprise at least 30% by weight of silica, such as a glass or a silicate such as an alkali and / or alkaline earth silicate.
  • silica such as a glass or a silicate such as an alkali and / or alkaline earth silicate.
  • the glass may especially be silicosodocalcique or be rock often called “black glass” by the skilled person.
  • vitrifiable materials and “raw materials” are therefore intended to include the materials necessary to obtain a vitreous (or ceramic or glass-ceramic) matrix, such as silicic sand, rock, blast furnace slags, but also all additives (refining additives), deconstruction waste (including mineral fibers), all liquid or solid fuels (composite or non-composite plastics, organic materials, coals), and all types of cullet.
  • silicic sand, rock, blast furnace slags but also all additives (refining additives), deconstruction waste (including mineral fibers), all liquid or solid fuels (composite or non-composite plastics, organic materials, coals), and all types of cullet.
  • deconstruction waste including mineral fibers
  • liquid or solid fuels composite or non-composite plastics, organic materials, coals
  • cullet all types of cullet.
  • the simplest solution is to use burners fed with cold air.
  • the two most used techniques to do this are either to preheat combustion air using the sensible heat contained in the fumes at the furnace outlet, via regenerators of refractory materials or metal air / smoke exchangers (called recuperators in the glass industry), or to use oxygen and / or oxygenated air as oxidants.
  • the present invention covers all of these burners and in particular burners using oxygen, which are subject to increased corrosion because of their higher operating temperature, and the presence in the fumes of high concentrations of sodium hydroxide.
  • the burners may either be arranged above the surface of the molten glass, for example at the level of the piers, the gables or the roof, or may be arranged below the level of the liquid glass, for example in the oven sole.
  • a burner may comprise one or more injectors, arranged in line or in a ring.
  • a burner conventionally comprises in the lower part a distribution network of combustion gas, connected in the upper part to an injector.
  • flue gas refers to a mixture of at least one fossil fuel, for example natural gas, with at least one oxidant, for example air and / or oxygen.
  • WO20161203466 disclose a burner, an injector forms a projection on the surface of the burner to extend within the glass melting chamber.
  • the injector is then "in contact with glass and / or flame", which means that it is brought into contact with liquefied glass and / or the flames of the burner, punctually for the emergent burners, or continues for submerged burners.
  • the exposure of the injector to the flames is particularly important when they are crushed by the liquid glass and / or during the injection pressure changes.
  • the injector is exposed to corrosion by liquid glass, and to oxidation by flames and / or fumes resulting from combustion. Such an injector therefore has an unsatisfactory service life and involves high maintenance costs.
  • certain monobloc burners such as that described in patent document EP2812632, comprise in the upper part a plate, in contact with glass and / or flame, which covers and at least temporarily protects the injector or injectors. erosion and / or oxidation phenomena described above.
  • the proposed technique relates to a burner for a vitrifiable material melting plant, comprising:
  • An injector block comprising a distribution network of combustion gases and at least one injector
  • said burner being characterized in that the plate is removably attached to the injector block.
  • the term "removable” qualifies a reversible fastener, without deterioration of the parts fixed together. In contrast, welding two pieces together is considered irreversible fixation.
  • the terms “surmounted” and “on” are intended to describe the arrangement of the plate, which covers at least part of the injector block to protect it from erosion phenomena by liquid glass and / or oxidation by flames and / or combustion fumes, which take place inside the oven.
  • the plate covers at least part of the injector block in the sense that according to a particular embodiment, it overcomes the upper part of the injector block but not the injector or injectors.
  • the invention is based on a new and inventive concept of providing a burner in which the injector block and the plate are two separate parts fixed removably between them. During the maintenance of the burner, it is thus possible to replace only the defective part, the other part being reusable.
  • this first defective piece is platinum because it is she who is in direct contact with the liquid glass, and therefore undergoes corrosion.
  • the injector block is significantly more complex to produce than platinum, especially with regard to the care taken in the machining of the flue gas distribution network.
  • the injector block of a burner according to the invention therefore has a significantly increased service life.
  • the production of the injector block and platinum is also made easier, these two parts being produced separately and potentially, via different processes adapted to the technical specificities of each of these parts. In other words, a burner according to the invention has a better operational efficiency.
  • said injector block and said platen are composed of different materials.
  • metal alloys or ceramics For example, we can use metal alloys or ceramics.
  • said burner is of the submerged type.
  • Submerged burners are particularly vulnerable to degradation due to erosion by liquid glass and flame oxidation.
  • the advantageous features of the invention therefore have an impact all the more significant on these burners.
  • their maintenance is made less complex and more economical while the life of their injector block is considerably increased.
  • said at least one injector extends at least partially in said injection port.
  • the good distribution of the gases injected into the furnace by the burners is a problem of importance.
  • the satisfaction of this criterion depends in particular on the shape and dimensions of the duct or ducts taken by the combustion gases before entering the melting chamber.
  • the common sense is that the monobloc nature of the burner is preserved. Indeed, the dissociation of the platen and the injector block increases the risk of seeing these two separate parts of the burner move relative to each other under the effect of heat.
  • the plate in contact with glass and / or flame would tend to expand more than the injector block, located in the cold zone.
  • Such a relative displacement of these two components could notably modify the shape of the injection conduit (s) and negatively impact the good distribution of the combustion gases to be injected into the furnace.
  • the implementation of a burner according to the invention wherein the injector extends at least partially in the injection port makes it possible to obtain and maintain a satisfactory alignment.
  • the injector with the injection port of the plate while allowing the adoption of higher tolerances during the realization of the injector and / or the injection port. In other words, the control of the injection of the combustion gases into the furnace is made easier.
  • said plate is fixed on the injector block by means of:
  • the removable attachment means may thus be of the sacrificial type, or not.
  • said plate comprises at least one flat plate defining a perimeter around the injector or injectors.
  • plane qualifying the plate is to be interpreted on a macroscopic scale, visible to the naked eye, and is not limited to a surface condition, or in other words, to a particular texturing .
  • This plate aims to protect the injector block while allowing a good distribution of combustion gases. Such a plate is exposed to significant oxidation risks given its positioning in the immediate vicinity of the flame.
  • a burner according to this particular characteristic therefore offers the possibility of replacing the plate independently of the rest of the platen, thus limiting the maintenance costs while increasing the overall life of the platen.
  • This plate taken separately is also less complex to machine, and offers the possibility at the time of its design to choose materials specifically adapted to its implementation, with regard to criteria such as the resistance to oxidation, heat capacity, coefficient of thermal expansion, the mass cost.
  • said at least one injector forms a boss above the plate.
  • the injector and its boss remain cold areas even when the installation is in operation, firstly because of the cooling operated by the combustion gases when they are injected cold in the oven, and secondly because of the low exposure of the flame foot to the liquid glass and / or the gases from the combustion.
  • said platen comprises solid peripheral sidewalls ascending from said plate. These peripheral flanks make it possible to guarantee the stability of the flames in the flow of glass by protecting them from crushing and blowing.
  • a burner according to this particular characteristic thus offers the possibility of replacing the peripheral flanks independently of the other parts of the platen, thus limiting the maintenance costs while increasing the overall service life of the platen.
  • the peripheral flanks taken separately are also less complex to machine, and offer the possibility at the time of their design to choose materials specifically adapted to their implementation, with regard to criteria such as corrosion resistance and / or oxidation, thermal capacity, coefficient of thermal expansion, mass cost.
  • the peripheral flanks are removably attached to the upper surface of the injector block, and in that said plate is embedded between the peripheral flanks and the upper surface of the injector block.
  • said plate and preferably said plate, comprises teeth that protrude on its upper face.
  • said burner comprises a layer of thermal paste at the interface between the injector block and the plate.
  • This thermal paste may for example be based on silicone, ceramic and / or metal particles.
  • each injector comprises a cylinder-shaped mixing chamber, with an ejection orifice, a feed pipe fuel and an oxidizer feed pipe opening into the mixing chamber at the cylinder casing in a direction causing a tangential flow of fuel and oxidant relative to the casing of the cylinder.
  • said injector block comprises a cooling system preferably comprising a network of pipes adapted for circulation inside the burner of a cooling fluid.
  • the invention also relates to a method of assembly / disassembly of a burner such as that described above.
  • the invention further relates to a melting plant of a composition of vitrifiable materials, characterized in that it comprises at least one melting chamber equipped with at least one burner such as that described above, preferably of the submerged type .
  • a burner according to the invention also relate to a batch melting plant integrating such a burner.
  • the implementation of such a burner makes it possible in particular to improve the productivity of the installation, the occurrence of the furnace stops for replacing the burner being significantly reduced.
  • the invention also relates to the use of an installation such as that described above for the melting of a composition of vitrifiable materials.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a submerged type burner according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic exploded view of a burner such as that represented in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a perspective view of a submerged type burner comprising an annular injector, according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 4 is a diagram showing a vitrifiable material melting installation according to a particular embodiment of the invention.
  • the invention relates to a burner 1 for a melting plant 20 for vitrifiable materials.
  • This burner 1 comprises an injector block 2 comprising a distribution network 3 of combustion gas and at least one injector 4.
  • Such a burner 1 further comprises a plate 5 in contact with glass and / or flame, which covers the injector block 2 and is provided with at least one injection port 6 in fluid communication with the injector 4.
  • the plate 5 is removably attached to the injector block 2.
  • the injector block 2 of a burner 1 according to the invention has a significantly increased service life.
  • the production of the injector block 2 and the plate 5 is made easier, these two parts being produced separately and potentially, in different materials and / or by different methods.
  • FIG. 1 shows schematically a cross section of a burner 1 of submerged type, according to a particular embodiment of the invention.
  • the burner 1 may also be of emergent type. It should be noted, however, that a burner 1 of the submerged type benefits particularly from the technical advantages conferred by the invention, because of its prolonged exposure to phenomena of erosion by liquid glass and oxidation by flames.
  • This burner 1 comprises an injector block 2 in the lower part and a plate 5 in the upper part, which covers the injector block 2.
  • the sectional plane of FIG. 1 passes through an injector 4 comprising a cylindrical mixing chamber 10 opening onto an ejection orifice 11 coaxial with the injection orifice 6 of the plate 5.
  • an oxidizer feed pipe 13 located in the cutting plane, and a fuel supply pipe 12 located outside the cutting plane.
  • the fuel supply lines 12 and oxidizer 13 connect the mixing chamber respectively to a fuel supply line 121 and an oxidizer inlet line 131, located in the lower part of the injector block 2.
  • Pipes 9 allow to circulate a coolant inside the burner 1 and run it over almost its entire length.
  • the injector block 2 is made of stainless steel. According to alternative embodiments, the injector block 2 is formed of another known material suitable for this industrial application.
  • the plate 5 is composed of the assembly of a horizontal plate 7 intended to be arranged in the vicinity of the injection orifices 6 , with solid lateral sides 8 which extend in the form of stairs or steps, from the ends of the plate 7.
  • This plate 7 further comprises teeth 14 which project on its upper face. These teeth 14 serve mainly to stabilize the solidified glass layer formed on the surface of the burner in the direct vicinity of the injectors 11 and therefore the flame produced.
  • the plate 5 is monobloc. As a result, it has the disadvantage of being more complex to manufacture / maintain.
  • the injector block 2 comprises a plurality of bosses adapted to project on the plate 7, through the injection orifices 6.
  • the implementation of such bosses allows the preservation of a satisfactory alignment of the orifices injection 6 platinum 5 with their respective injector 4, and optimal control of the parameters involved in the mixing and distribution of combustion gases. The flame resulting from the combustion of these gases is therefore better controlled.
  • the plate 5 is removably attached to the injector block 2.
  • This attachment is provided by an assembly of screws 15 and corresponding taps.
  • the plate 7 is fixed by embedding between the upper surface of the injector block 2 and the lower part of the solid sidewalls 8. According to alternative embodiments, this plate 7 is directly attached to the injector block 2 by any type of means. known removable fastener. Furthermore, the plate 7 can also be fixed directly to the side flanks 8 by any type of known attachment, whether removable or not.
  • the removable attachment of the lateral flanks 8 to the injector block 2 can be achieved by means of a bolt-bolt type assembly or any other known removable fastening means, whether or not it involves destruction at the time of disassembly of the fastening means. Note that regardless of the selected fastening means, the integrity of the injector block 4 and the plate 5 remains preserved after assembly / disassembly.
  • the burner comprises an annular-type injector 4 projecting from a wall 21a of the melting chamber 21.
  • the wall 21a through which the injector 4 passes is alternately the bottom of the melting chamber or one of its side walls.
  • the injector 4, of cylindrical shape, is covered with a plate 5 which is also cylindrical, to which it is removably fixed by means of two screws 15. According to this configuration, the injection orifice 6 of the plate 5 is positioned in the extension of the ejection orifice 11 of the injector 4.
  • the invention relates to a method of mounting / dismounting a burner 1 as described in the present text, the assembly method comprising the following steps:
  • the disassembly process consists in carrying out these successive steps in the reverse order.
  • the invention relates to a batch-material melting installation 20 comprising a melting chamber 21.
  • the vitrifiable materials are introduced into the melting chamber 1 by 22.
  • the melting chamber 21 comprises at the bottom immersed burners 1 such as that described above.
  • the level of the glass bath 23 is determined by the position of a weir 24 through which the liquid glass obtained flows.
  • the melting chamber 21 comprises metal walls traversed by a system of internal pipes 9 in which circulates a cooling liquid. The Active cooling of the walls results in the formation of a solidified glass layer which insulates the metal walls of the glass bath.
  • the invention relates to the use of such an installation for the melting of a composition of vitrifiable materials, in particular for the forming of hollow glass of the bottle, flask or fiberglass type. of the mineral wool type thermal or sound insulation or glass fiber son called reinforcement.

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Abstract

L'invention concerne un brûleur pour installation (20) de fusion de matières vitrifiables, comprenant un bloc injecteur (2) comprenant un réseau de distribution (3) de gazs de combustion et au moins un injecteur (4), et une platine (5) en contact verre et/ou flamme qui recouvre ledit bloc injecteur (2) et comprend au moins un orifice d'injection (6) en communication fluidique avec ledit injecteur (4), ledit brûleur (1) étant caractérisé en ce que la platine (5) est fixée de manière amovible sur le bloc injecteur (2).

Description

BRULEUR COMPRENANT UNE PIECE D'USURE
La présente invention concerne un brûleur pour four verrier, une installation intégrant un tel brûleur, et l'utilisation d'une telle installation pour la fusion d'une composition de matières vitrifiables. Sont plus particulièrement visées les installations de formage de verre plat comme les installations float ou de laminage, mais aussi les installations de formage de verre creux du type bouteille, flacon, et plus particulièrement les installations de formage de fibres de verre du type laine minérale d'isolation thermique ou phonique ou encore de fils de verre textile dits de renforcement.
Les matières vitrifiables sont généralement du type oxyde, et comprennent généralement au moins 30% en masse de silice, telle qu'un verre ou un silicate comme un silicate d'alcalin et/ou d'alcalino-terreux. Le verre peut notamment être silicosodocalcique ou être de la roche souvent appelée « verre noir » par l'homme du métier. Les termes « matières vitrifiables » et « matières premières » visent donc à englober les matières nécessaires à l'obtention d'une matrice vitreuse (ou céramique ou vitrocéramique), tels que le sable silicique, la roche, les laitiers de hauts fourneaux, mais également tous les additifs (additifs d'affinage), les déchets de déconstruction (incluant des fibres minérales), tous les combustibles liquides ou solides éventuels (plastique de matériau composite ou non, matières organiques, charbons), et tout type de calcin. Dans la description, les expressions « verre liquide » et « bain de verre » désignent le produit de la fusion de ces matières vitrifiables.
Pour liquéfier les matières vitrifiables, la solution la plus simple consiste à utiliser des brûleurs alimentés en air froid. Toutefois, pour augmenter les performances du four en capacité de fusion et en rendement thermique, il est souhaitable de disposer d'une température de flamme la plus élevée possible. Les deux techniques les plus utilisées pour ce faire consistent soit à préchauffer de l'air de combustion en utilisant la chaleur sensible contenue dans les fumées en sortie de four, via des régénérateurs en matériaux réfractaires ou des échangeurs métalliques air/fumée (appelés récupérateurs dans l'industrie verrière), soit à utiliser de l'oxygène et/ou de l'air suroxygéné comme comburants. La présente invention couvre l'ensemble de ces brûleurs et en particulier les brûleurs utilisant de l'oxygène, qui sont soumis à une corrosion accrue du fait de leur température de fonctionnement plus élevée, et de la présence dans les fumées de fortes concentrations en soude.
De manière connue, les brûleurs peuvent soit être agencés au-dessus de la surface du verre en fusion, par exemple au niveau des piédroits, des pignons ou de la voûte, soit être agencés en dessous du niveau du verre liquide, par exemple dans la sole du four. On parle alors de « brûleurs immergés ». Un brûleur peut comprendre un ou plusieurs injecteurs, agencés en ligne ou en anneau.
Un brûleur comprend classiquement en partie inférieure un réseau de distribution de gaz de combustion, relié en partie supérieure à un injecteur.
Dans le présent texte, le référentiel arbitrairement choisi pour décrire l'invention a en partie supérieure l'intérieur du four et en partie inférieure l'extérieur. L'expression « gaz de combustion » désigne un mélange d'au moins un combustible fossile, par exemple du gaz naturel, avec au moins un comburant, par exemple de l'air et/ou de l'oxygène.
Des documents de l'état de la technique, dont le document brevet
WO2016120346, décrivent un brûleur dont un injecteur forme une saillie sur la surface du brûleur pour s'étendre au sein de la chambre de fusion du verre. L'injecteur est alors « en contact verre et/ou flamme », ce qui signifie qu'il est amené à être mis en contact avec du verre liquéfié et/ou les flammes du brûleur, de manière ponctuelle pour les brûleurs émergés, ou continue pour les brûleurs immergés. L'exposition de l'injecteur aux flammes est particulièrement importante lors de leur écrasement par le verre liquide et/ou au cours des changements de pression d'injection. Dans ce contexte, l'injecteur est exposé à la corrosion par le verre liquide, et à l'oxydation par les flammes et/ou les fumées résultant de la combustion. Un tel injecteur présente de ce fait une durée de vie insatisfaisante et implique des coûts de maintenance élevés.
Afin de pallier au moins partiellement à ces inconvénients, certains brûleurs monoblocs, tels que celui décrit dans le document brevet EP2812632, comprennent en partie supérieure une platine, en contact verre et/ou flamme, qui recouvre et protège au moins temporairement le ou les injecteurs des phénomènes d'érosion et/ou d'oxydation décrits ci-dessus.
De tels brûleurs monoblocs ont cependant pour inconvénients d'être complexes à usiner et de nécessiter un temps et des coûts de maintenance élevés. Dans la pratique, lorsqu'un brûleur est identifié comme défectueux, son remplacement nécessite l'arrêt total du four. Cette opération, qui n'est pas sans risque pour l'opérateur, affecte significativement la productivité de l'installation de fusion. En effet, le brûleur, une fois extrait du four, est remplacé dans son intégralité. Ceci constitue un inconvénient rédhibitoire en termes de maintenance, compte tenu du coût unitaire d'un brûleur et du temps nécessaire à sa fabrication, en particulier dans l'optique d'une utilisation à grande échelle de l'installation de fusion.
Il existe donc un besoin de fournir un brûleur dont au moins une partie présente une durée de vie accrue, et dont la maintenance est plus aisée, plus rapide et moins coûteuse.
La présente invention répond à ce besoin. Plus particulièrement, dans au moins un mode de réalisation, la technique proposée se rapporte à un brûleur pour installation de fusion de matières vitrifiables, comprenant :
• un bloc injecteur comprenant un réseau de distribution de gazs de combustion et au moins un injecteur, et
• une platine en contact verre et/ou flamme qui recouvre au moins en partie ledit bloc injecteur et comprend au moins un orifice d'injection en communication fluidique avec ledit injecteur,
ledit brûleur étant caractérisé en ce que la platine est fixée de manière amovible sur le bloc injecteur.
Dans le présent texte, le terme « amovible » qualifie une fixation réversible, sans détérioration des pièces fixées entre elles. Par opposition, la soudure de deux pièces entre elles est considérée comme une fixation irréversible. Les termes « surmonté » et « sur » visent quant à eux à décrire l'agencement de la platine, qui recouvre au moins en partie le bloc injecteur afin de le protéger des phénomènes d'érosion par le verre liquide et/ou d'oxydation par les flammes et/ou les fumées de combustion, qui prennent place à l'intérieur du four. La platine recouvre au moins en partie le bloc injecteur au sens que selon un mode de réalisation particulier, elle surmonte la partie supérieure du bloc injecteur mais pas le ou les injecteurs.
L'invention repose sur un concept nouveau et inventif consistant à fournir un brûleur dans lequel le bloc injecteur et la platine sont deux pièces distinctes fixées de manière amovible entre elles. Lors de la maintenance du brûleur, il est ainsi possible de ne remplacer que la pièce défectueuse, l'autre pièce étant quant à elle réutilisable. En général, cette pièce premièrement défectueuse est la platine puisque c'est elle qui est en contact direct avec le verre liquide, et qui en subit donc la corrosion. Or, le bloc injecteur est significativement plus complexe à produire que la platine, au regard notamment du soin apporté à l'usinage du réseau de distribution de gaz de combustion. Le bloc injecteur d'un brûleur selon l'invention présente donc une durée de vie significativement accrue. La production du bloc injecteur et de la platine est également rendue plus aisée, ces deux pièces étant produites distinctement et potentiellement, via des procédés différents adaptés aux spécificités techniques de chacune de ces pièces. En d'autres termes, un brûleur selon l'invention présente une meilleure efficacité opérationnelle.
Selon un mode de réalisation particulière, ledit bloc injecteur et ladite platine sont composés de matériaux différents.
Un préjugé technique existant s'oppose à la mise en œuvre de pièces composées de matériaux de nature différente, compte tenu des difficultés rencontrées au moment de souder ces pièces entre elles. La mise en œuvre d'une fixation amovible entre le bloc injecteur et la platine permet de surmonter ce préjugé technique, le problème d'incompatibilité des matériaux ne se posant plus dans ce cas de figure. Il est ainsi possible de mettre en œuvre des matériaux différents, qui sont adaptés aux besoins et conditions opérationnelles spécifiques à chacune de ces pièces. Ainsi, la platine présente en général une géométrie peu complexe, mais est en revanche soumise à des conditions opérationnelles extrêmes, tel que décrit ci-dessus. Le bloc injecteur demeure quant à lui en zone froide. Sa fabrication requiert en revanche une grande précision pour le dimensionnement du réseau de distribution de gaz et des injecteurs. Le choix du matériau peut également se fonder sur le comportement sous contrainte thermique attendu pour chacune de ces pièces.
A titre d'exemple, nous pourrons utiliser des alliages métalliques ou des céramiques.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit brûleur est de type immergé.
Les brûleurs immergés sont particulièrement exposés aux dégradations liées à l'érosion par le verre liquide et l'oxydation par les flammes. Les caractéristiques avantageuses de l'invention ont par conséquent un impact d'autant plus significatif sur ces brûleurs. Ainsi, leur maintenance est rendue moins complexe et plus économique tandis que la durée de vie de leur bloc injecteur est considérablement accrue.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit au moins un injecteur s'étend au moins en partie dans ledit orifice d'injection.
La bonne distribution des gazs injectés dans le four par les brûleurs constitue une problématique d'importance. De manière connue, la satisfaction de ce critère dépend notamment de la forme et des dimensions du ou des conduits empruntés par les gazs de combustion avant de pénétrer dans la chambre de fusion. Au regard de cette problématique, le sens commun veut que le caractère monobloc du brûleur soit conservé. En effet, la dissociation de la platine et du bloc injecteur augmente les risques de voir ces deux pièces distinctes du brûleur se mouvoir l'une par rapport à l'autre sous l'effet de la chaleur. Lors du fonctionnement du four et à coefficient de dilation égal, la platine en contact verre et/ou flamme aurait ainsi tendance à se dilater davantage que le bloc injecteur, localisé en zone froide. Un tel déplacement relatif de ces deux composantes pourrait notamment modifier la forme du/des conduit(s) d'injection et impacter négativement la bonne distribution des gazs de combustion à injecter dans le four.
En dépit de ce préjugé technique existant, la mise en œuvre d'un brûleur selon l'invention, dans lequel l'injecteur s'étend au moins en partie dans l'orifice d'injection permet d'obtenir et de conserver un alignement satisfaisant de l'injecteur avec l'orifice d'injection de la platine, tout en autorisant l'adoption de tolérances plus élevées au cours de la réalisation de l'injecteur et/ou de l'orifice d'injection. En d'autres termes, le contrôle de l'injection des gazs de combustion au sein du four est rendu plus aisé.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite platine est fixée sur le bloc injecteur au moyen :
• d'un assemblage vis-boulon sacrificiel et/ou
• d'un assemblage vis-taraud et/ou
• d'un rivet et/ou
• d'une goupille.
Le moyen de fixation amovible peut ainsi être de type sacrificiel, ou non.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite platine comprend au moins une plaque plane définissant un périmètre autour du ou des injecteurs. Dans la description, le terme « plane » qualifiant la plaque est à interpréter à l'échelle macroscopique, visible à l'œil nu, et ne se limite pas à un état de surface, ou en d'autres termes, à une texturation particulière.
Cette plaque vise à protéger le bloc injecteur tout en permettant une bonne distribution des gazs de combustion. Une telle plaque est exposée à des risques d'oxydation importants compte tenu de son positionnement à proximité immédiate de la flamme.
Un brûleur selon cette caractéristique particulière offre donc la possibilité de remplacer la plaque indépendamment du reste de la platine, limitant ainsi les coûts de maintenance tout en augmentant la durée de vie globale de la platine. Cette plaque prise séparément est également moins complexe à usiner, et offre la possibilité au moment de sa conception de choisir des matériaux spécifiquement adaptés à sa mise en œuvre, au regard de critères tels que la résistance à l'oxydation, la capacité thermique, le coefficient de dilatation thermique, le coût massique.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit au moins un injecteur forme un bossage au-dessus de la plaque.
La mise en œuvre d'un tel bossage permet un contrôle optimal des paramètres intervenant dans le mélange et la distribution des gazs de combustion. En effet, l'ensemble des pièces intervenant dans la distribution, l'injection et la combustion des gazs dans le four font partie intégrante du bloc injecteur. La flamme produite par la combustion de ces gazs est par conséquent mieux contrôlée.
En dépit des préjugés techniques existant vis-à-vis de la vulnérabilité du bossage au contact du verre liquide, il a de façon étonnante été observé que ce dernier reste préservé des dégradations par érosion/oxydation pouvant survenir sur la surface de la platine. A ce titre, l'injecteur et son bossage demeurent des zones froides même lorsque l'installation est en cours de fonctionnement, d'une part du fait du refroidissement opéré par les gazs de combustion lorsque ces derniers sont injectés à froid dans le four, et d'autre part du fait de la faible exposition du pied de flamme au verre liquide et/ou aux gazs issus de la combustion.
Selon un mode de réalisation particulier, ladite platine comprend des flancs périphériques massifs ascendants depuis ladite plaque. Ces flancs périphériques permettent de garantir la stabilité des flammes dans le flux de verre en les protégeant de l'écrasement et du soufflage.
Ils sont donc davantage exposés à la corrosion du verre liquide et/ou des gazs que la plaquemais moins aux risques d'oxydation par les flammes.
Un brûleur selon cette caractéristique particulière offre donc la possibilité de remplacer les flancs périphériques indépendamment des autres parties de la platine, limitant ainsi les coûts de maintenance tout en augmentant la durée de vie globale de la platine. Les flancs périphériques pris séparément sont également moins complexes à usiner, et offrent la possibilité au moment de leur conception de choisir des matériaux spécifiquement adaptés à leur mise en œuvre, au regard de critères tels que la résistance à la corrosion et/ou à l'oxydation, la capacité thermique, le coefficient de dilatation thermique, le coût massique.
Selon un mode de réalisation particulier, les flancs périphériques sont fixés de manière amovible à la surface supérieure du bloc injecteur, et en ce que ladite plaque est encastrée entre les flancs périphériques et la surface supérieure du bloc injecteur.
La fixation par encastrement de la plaque aux flancs périphériques de la platine et à la surface supérieure du bloc injecteur permet de faciliter le démontage et la maintenance de cette plaque. Selon un mode de réalisation particulier, ladite platine, et préférentiellement ladite plaque, comprend des dents qui font saillie sur sa face supérieure.
Ces dents permettent notamment de stabiliser la couche de verre solidifiée amenées à se former à la surface du brûleur, à proximité directe des injecteurs et donc de la flamme.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit brûleur comprend une couche de pâte thermique à l'interface entre le bloc injecteur et la platine.
Cette pâte thermique peut par exemple être à base de silicone, de céramique et/ou de particules métalliques.
Il est ainsi possible d'accroître le transfert thermique entre ces deux parties, en particulier dans l'optique d'un refroidissement de la platine à partir du bloc injecteur.
Selon un mode de réalisation particulier, chaque injecteur comprend une chambre de mélange en forme de cylindre, avec un orifice d'éjection, une conduite d'alimentation en combustible et une conduite d'alimentation en comburant débouchant dans la chambre de mélange au niveau de l'enveloppe du cylindre selon une direction provoquant un écoulement tangentiel du combustible et du comburant par rapport à l'enveloppe du cylindre.
La direction d'injection des gaz (combustible/comburant) dans la chambre de mélange a une grande importance. Il a en effet été constaté qu'il était préférable d'éviter une injection selon une direction radiale qui aboutissait à de fortes turbulences à l'intérieur de la chambre de mélange et à une instabilité de la flamme. C'est la raison pour laquelle l'injection du carburant et du comburant doit se faire selon une direction tangentielle, l'écoulement tangentiel du mélange gazeux créant un vortex régulier.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit bloc injecteur comprend un système de refroidissement comprenant préférentiellement un réseau de conduites adapté pour la circulation à l'intérieur du brûleur d'un fluide de refroidissement.
L'invention concerne aussi un procédé de montage/démontage d'un brûleur tel que celui décrit ci-dessus.
L'invention concerne de plus une installation de fusion d'une composition de matières vitrifiables, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une chambre de fusion équipée d'au moins un brûleur tel que celui décrit ci-dessus, préférentiellement de type immergé.
Les avantages techniques conférés par un brûleur selon l'invention, tels qu'ils sont décrits dans le présent texte, se rapportent également à une installation de fusion de matières vitrifiables intégrant un tel brûleur. La mise ne œuvre d'un tel brûleur permet notamment d'améliorer la productivité de l'installation, l'occurrence des arrêts du four pour remplacement du brûleur étant significativement réduite.
L'invention se rapporte également à l'utilisation d'une installation telle que celle décrite ci-dessus pour la fusion d'une composition de matières vitrifiables.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits dans la suite du texte, au regard des dessins sur lesquels :
• La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un brûleur de type immergé selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; • La figure 2 est une vue schématique en éclatée d'un brûleur tel que celui représenté par la figure 1 ;
• La figure 3 est une vue en perspective d'un brûleur de type immergé comprenant un injecteur annulaire, selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
· La figure 4 est un schéma représentant une installation de fusion de matières vitrifiables selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Les numéros de référence qui sont identiques sur les différentes figures représentent des éléments similaires ou identiques.
L'invention se rapporte à un brûleur 1 pour une installation 20 de fusion de matières vitrifiables. Ce brûleur 1 comprend un bloc injecteur 2 comprenant un réseau de distribution 3 de gaz de combustion et au moins un injecteur 4. Un tel brûleur 1 comprend de plus une platine 5 en contact verre et/ou flamme, qui recouvre le bloc injecteur 2 et est dotée d'au moins un orifice d'injection 6 en communication fluidique avec l'injecteur 4. En particulier, la platine 5 est fixée de manière amovible sur le bloc injecteur 2.
Le bloc injecteur 2 d'un brûleur 1 selon l'invention présente une durée de vie significativement accrue. En outre, la production du bloc injecteur 2 et de la platine 5 est rendue plus aisée, ces deux pièces étant produites distinctement et potentiellement, en des matériaux différents et/ou via des procédés différents.
La figure 1 représente schématiquement une coupe transversale d'un brûleur 1 de type immergé, selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Selon un mode de réalisation alternatif, le brûleur 1 peut également être de type émergé. A noter cependant qu'un brûleur 1 de type immergé bénéficie tout particulièrement des avantages techniques conférés par l'invention, du fait de son exposition prolongée aux phénomènes d'érosion par le verre liquide et d'oxydation par les flammes.
Ce brûleur 1 comprend un bloc injecteur 2 en partie inférieure ainsi qu'une platine 5 en partie supérieure, qui recouvre le bloc injecteur 2.
En ce qui concerne le bloc injecteur 2, le plan de coupe de la figure 1 passe par un injecteur 4 comportant une chambre de mélange 10 cylindrique débouchant sur un orifice d'éjection 11 coaxial de l'orifice d'injection 6 de la platine 5. Dans la chambre de mélange 10 débouchent une conduite d'alimentation en comburant 13, située dans le plan de coupe, et une conduite d'alimentation en combustible 12 située en dehors du plan de coupe. Les conduites d'alimentation en combustible 12 et en comburant 13 relient la chambre de mélange respectivement à une conduite d'arrivée de combustible 121 et une conduite d'arrivé de comburant 131, situées dans la partie inférieure du bloc injecteur 2. Des conduites 9 permettent de faire circuler un liquide de refroidissement à l'intérieur du brûleur 1 et parcourent celui-ci sur presque toute sa longueur.
Le bloc injecteur 2 est composé d'acier inoxydable. Selon des modes de réalisations alternatifs, le bloc injecteur 2 est formé d'un autre matériau connu convenant à cette application industrielle.
Tel qu'illustré par les figures 1 et 2, et selon le mode de réalisation ci-dessous décrit, la platine 5 est composée de l'assemblage d'une plaque 7 horizontale, destinée à être agencée au voisinage des orifices d'injection 6, avec des flancs latéraux massifs 8 qui s'étendent en forme d'escalier ou de gradins, à partir des extrémités de la plaque 7. Cette plaque 7 comprend en outre des dents 14 qui font saillie sur sa face supérieure. Ces dents 14 servent principalement à stabiliser la couche de verre solidifié formée à la surface du brûleur à proximité directe des injecteurs 11 et donc de la flamme produite.
Il est à noter que selon un mode de réalisation alternatif, la platine 5 est monobloc. De ce fait, elle présente l'inconvénient d'être plus complexe à fabriquer/entretenir.
Pour en revenir au bloc injecteur 2, ce dernier comprend une pluralité de bossages adaptés pour former saillie sur la plaque 7, au travers des orifices d'injection 6. La mise en œuvre de tels bossages permet la conservation d'un alignement satisfaisant des orifices d'injection 6 de la platine 5 avec leur injecteur 4 respectif, et un contrôle optimal des paramètres intervenant dans le mélange et la distribution des gazs de combustion. La flamme résultant de la combustion de ces gazs est par conséquent mieux contrôlée.
Tel que déjà indiqué dans le texte et illustré, la platine 5 est fixée de manière amovible au bloc injecteur 2. Cette fixation est assurée par un assemblage de vis 15 et de tarauds correspondants. La plaque 7 est quant à elle fixée par encastrement entre la surface supérieure du bloc injecteur 2 et la partie inférieure des flancs latéraux massifs 8. Selon des modes de réalisation alternatifs, cette plaque 7 est directement fixée au bloc injecteur 2 par tout type de moyen de fixation amovible connu. Par ailleurs, la plaque 7 peut également être fixée directement aux flancs latéraux 8 par tout type de fixation connu, qu'il soit amovible ou non. Selon d'autres modes de réalisations alternatifs, la fixation amovible des flancs latéraux 8 au bloc injecteur 2 peut être réalisée au moyen d'un assemblage de type vis- boulon ou de tout autre moyen de fixation amovible connu, qu'il implique ou non la destruction au moment du désassemblage des moyens de fixation. A noter que peu importe le moyen de fixation choisi, l'intégrité du bloc injecteur 4 et de la platine 5 reste préservée après assemblage/désassemblage.
Selon un mode de réalisation alternatif, et tel que représenté par la figure 3, le brûleur comprend un injecteur 4 de type annulaire formant saillie sur une paroi 21a de la chambre de fusion 21. La paroi 21a traversée par l'injecteur 4 est alternativement la sole de la chambre de fusion ou l'une de ses parois latérales. L'injecteur 4, de forme cylindrique, est recouvert d'une platine 5 également cylindrique, à laquelle il est fixé de manière amovible au moyen de deux vis 15. Selon cette configuration, l'orifice d'injection 6 de la platine 5 est positionné dans le prolongement de l'orifice d'éjection 11 de l'injecteur 4.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention concerne un procédé de montage/démontage d'un brûleur 1 tel que décrit dans le présent texte, le procédé d'assemblage comprenant les étapes suivantes :
• L'apposition de la plaque 7 sur la surface supérieure du bloc injecteur 2,
• L'apposition des flancs latéraux 8 sur le pourtour de la plaque 7, et
• La solidarisation réversible des flancs latéraux 8 au bloc injecteur 2 au moyen de vis 15 coopérant avec des tarauds correspondant.
Le procédé de désassemblage consiste à réaliser ces étapes successives dans l'ordre inverse.
Selon un mode de réalisation particulier, et tel qu'illustré par la figure 4, l'invention se rapporte à une installation 20 de fusion de matières vitrifiables comprenant une chambre de fusion 21. Les matières vitrifiables sont introduites dans la chambre de fusion 1 par une enfourneuse 22. La chambre de fusion 21 comporte au niveau de la sole des brûleurs immergés 1 tels que celui décrit ci-dessus. Le niveau du bain de verre 23 est déterminé par la position d'un déversoir 24 par lequel s'écoule le verre liquide obtenu. La chambre de fusion 21 comporte des parois métalliques parcourues par un système de conduites internes 9 dans lesquelles circule un liquide de refroidissement. Le refroidissement actif des parois se traduit par la formation d'une couche de verre solidifié 25 qui isole les parois métalliques du bain de verre.
Selon un mode de réalisation particulier, l'invention se rapporte à l'utilisation d'une telle installation pour la fusion d'une composition de matières vitrifiables, en particulier pour le formage de verre creux du type bouteille, flacon, de fibres de verre du type laine minérale d'isolation thermique ou phonique ou encore de fils de verre textile dits de renforcement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Brûleur (1) pour installation (20) de fusion de matières vitrifiables, comprenant :
• un bloc injecteur (2) comprenant un réseau de distribution (3) de gazs de combustion et au moins un injecteur (4), et
• une platine (5) en contact verre et/ou flamme qui recouvre au moins en partie ledit bloc injecteur (2) et comprend au moins un orifice d'injection (6) en communication fluidique avec ledit injecteur (4),
ledit brûleur (1) étant caractérisé en ce que la platine (5) est fixée de manière amovible sur le bloc injecteur (2).
2. Brûleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bloc injecteur (2) et ladite platine (5) sont composés de matériaux différents.
3. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il est de type immergé.
4. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit au moins un injecteur (4) s'étend au moins en partie dans ledit orifice d'injection (6).
5. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite platine (5) est fixée sur le bloc injecteur (2) au moyen :
• d'un assemblage vis-boulon sacrificiel et/ou
• d'un assemblage vis-taraud et/ou
• d'un rivet et/ou
• d'une goupille.
6. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite platine (5) comprend au moins une plaque (7) plane définissant un périmètre autour du ou des injecteurs (4).
7. Brûleur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit au moins un injecteur (4) forme un bossage au-dessus de ladite plaque (7).
8. Brûleur (1) selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ladite platine (5) comprend des flancs périphériques (8) massifs ascendant depuis ladite plaque (7).
9. Brûleur (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que les flancs périphériques (8) sont fixés de manière amovible à la surface supérieure du bloc injecteur, et en ce que ladite plaque (7) est encastrée entre les flancs périphériques (8) et la surface supérieure du bloc injecteur (2).
10. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite platine (5), et préférentiellement ladite plaque (7), comprend des dents qui font saillie sur sa face supérieure.
11. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de pâte thermique à l'interface entre le bloc injecteur (2) et la platine (5).
12. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que chaque injecteur comprend une chambre de mélange (10) en forme de cylindre, avec un orifice d'éjection (11), une conduite d'alimentation en combustible (12) et une conduite d'alimentation en comburant (13) débouchant dans la chambre de mélange au niveau de l'enveloppe du cylindre selon une direction provoquant un écoulement tangentiel du combustible et du comburant par rapport à l'enveloppe du cylindre.
13. Brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ledit bloc injecteur comprend un système de refroidissement comprenant préférentiellement un réseau de conduites adapté pour la circulation à l'intérieur du brûleur d'un fluide de refroidissement.
14. Procédé de montage/démontage d'un brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 13.
15. Installation (20) de fusion d'une composition de matières vitrifiables, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une chambre de fusion (21) équipée d'au moins un brûleur (1) selon l'une des revendications 1 à 13, préférentiellement de type immergé.
16. Utilisation d'une installation (20) selon la revendication 15 pour la fusion d'une composition de matières vitrifiables.
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