WO2023126372A1 - Installation comprenant un brûleur à prémélange - Google Patents

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WO2023126372A1
WO2023126372A1 PCT/EP2022/087820 EP2022087820W WO2023126372A1 WO 2023126372 A1 WO2023126372 A1 WO 2023126372A1 EP 2022087820 W EP2022087820 W EP 2022087820W WO 2023126372 A1 WO2023126372 A1 WO 2023126372A1
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WO
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burner
central
linear
longitudinal axis
peripheral
Prior art date
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PCT/EP2022/087820
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English (en)
Inventor
Axel ANTON
Fouad SAID
Pascal LAROCHE
Original Assignee
Fives Pillard
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Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration

Definitions

  • the invention relates to the field of burners arranged in combustion chambers with low nitrogen oxide emissions.
  • the flue gas recirculation function induces over-consumption of energy, because the ventilation device is energy-intensive and consumes electricity.
  • the combustion reaction is affected by the recirculated fumes, which affects the efficiency of the installation.
  • a premix burner intended to be mounted in a combustion chamber, said burner being configured to be supplied with oxidizer and fuel, this burner comprising: - an annular central shell, and - an annular peripheral shroud, the central shroud being arranged in the peripheral shroud so as to form an annular space between said central and peripheral shrouds, the burner comprising at least one injection of fuel and at least one injection of oxidizer into the annular space so as to pre-mix the fuel and the oxidizer in said annular space, burner in which: - the peripheral shroud comprises a second inclined portion defining a peripheral angle ⁇ with a central longitudinal axis of said burner, and - the central shroud comprises a first inclined portion defining a central angle ⁇ with the central longitudinal axis, the central angle ⁇ being between 0° and ⁇ °, burner in which the first inclined portion and the second inclined portion define a converging zone so that the fuel and the oxidizer are oriented in the direction of the central
  • a peripheral angle ⁇ included in this interval makes it possible to reduce the emissions of nitrogen oxides and this without the use of a recirculation system.
  • - the angles ⁇ and ⁇ are measured counterclockwise; - the peripheral angle ⁇ is between 30° and 70°; - burner in which: - the central shroud comprises a first linear portion substantially parallel to the central longitudinal axis located upstream of the first portion inclined in the direction of movement of the oxidant, - the peripheral shroud comprises a second linear portion substantially parallel to the central longitudinal axis located upstream of the second inclined portion, said second linear portion being arranged opposite the first linear portion, burner in which the annular space comprises a linear premixing zone delimited transversely by the first linear portion and the second linear portion, said linear premixing zone having a linear length H measured along the central longitudinal axis (C) and a spacing e measured between the first linear portion of the central shroud and the second linear portion of the peripheral shroud in a direction perpendicular to the longitudinal central axis, said spacing e being constant along the linear length H, said linear premixing zone being delimited longitudinal
  • an installation comprising a burner as previously described and a combustion chamber delimited laterally by a wall, this wall comprising an opening through which the burner can be inserted into said combustion chamber, installation in which a longitudinal end of the peripheral shroud located in the combustion chamber, is arranged at a first insertion length K1 measured from the opening and along the central longitudinal axis.
  • the burner comprises fuel injection devices arranged in the peripheral shroud, said fuel injection devices being capable of injecting fuel through an injection end, the longitudinal end and the injection end being distant from each other by an offset length N between 0 and K1 and measured along the central longitudinal axis, the injection end being arranged upstream of the longitudinal end along the direction of movement of the oxidizer ;
  • two fuel injection devices opposed by a center of the burner are separated by a distance U, said distance U being between D2+D3 and a distance Df from the wall corresponding to an equivalent diameter of said wall and D3 corresponding to an injection diameter of the injection devices.
  • Burner 2 is a premix type. This means that oxidizer and fuel are mixed inside burner 2. Burner 2 is therefore configured to be supplied with oxidizer and fuel. Burner 2 is fit and is inserted into combustion chamber 3.
  • Burner 2 includes: - an annular central shell 4, and - An annular peripheral shell 5.
  • the central ferrule 4 is arranged in the peripheral ferrule 5 so as to form an annular space 6 between them.
  • the burner 2 comprises at least one injection of fuel and at least one injection of oxidizer into the annular space 6. Thus a premixing of the fuel and the oxidizer is carried out in the annular space 6.
  • the peripheral shell 5 has a second inclined portion 8.
  • the second inclined portion 8 defines a peripheral angle ⁇ with a longitudinal central axis C of the burner 2.
  • the central shell 4 has a first inclined portion 7.
  • the first inclined portion 7 defines a central angle ⁇ with the central longitudinal axis C.
  • the central angle ⁇ has a value between 0° and ⁇ °.
  • the first inclined portion 7 and the second inclined portion 8 together define a converging zone 26.
  • the convergent zone 26 thus allows the mixture of fuel and oxidant to be oriented in the direction of the central longitudinal axis C.
  • This burner 2 in particular because of the peripheral and central angles ⁇ , ⁇ defining the convergent zone 26, makes it possible to reduce the production of nitrogen oxides.
  • peripheral and central angles ⁇ and ⁇ are measured in the counterclockwise or trigonometric direction.
  • ⁇ and ⁇ are measured in the counterclockwise or trigonometric direction.
  • the peripheral angle ⁇ is between 30° and 70°.
  • the applicant has determined that a peripheral angle ⁇ included in this interval makes it possible to reduce the emissions of nitrogen oxides and this without the use of a recirculation system.
  • the central shell 4 includes a first linear portion 9.
  • the first linear portion 9 is substantially parallel to the central longitudinal axis C and is located upstream of the first portion 7 inclined in the direction of movement of the oxidizer.
  • the direction of oxidizer movement is represented by an arrow F on the .
  • the peripheral shell 5 is provided with a second linear portion 10.
  • the second linear portion 10 is substantially parallel to the central longitudinal axis C and is located upstream of the second portion 8 inclined in the direction of movement of the oxidizer.
  • the second linear portion 10 of the peripheral shell 5 is located opposite the first linear portion 9 of the central shell 4.
  • the annular space 6 thus comprises a linear zone 11 of premixing.
  • the linear premix zone 11 is delimited transversely, that is to say in a direction perpendicular to the central longitudinal axis C, by the first linear portion 9 on the one hand, and by the second linear portion 10 on the other go.
  • the linear premix zone 11 is defined by a linear length H measured along the central longitudinal axis C and by a spacing e measured between the first linear portion 9 and the second linear portion 10 along a transverse direction perpendicular to the central axis C longitudinal.
  • the spacing e is therefore measured between the peripheral ring 5 and the central ring 4.
  • the spacing e is constant along the linear length H.
  • the linear premixing zone 11 is delimited longitudinally, that is to say along the central longitudinal axis C, by a proximal end 12 and by a distal end 13.
  • the proximal 12 end is located on the side of the converging zone 26, i.e. the proximal 12 end is the one closest to the converging zone 26.
  • the distal 13 end is opposite the proximal 12 end and is therefore farther from the converging 26 area.
  • the linear premix zone 11 thus arranged makes it possible to produce a good quality premix. Thus the production of nitrogen oxides is reduced.
  • the linear length H is defined so that it is at least equal to three times the spacing e.
  • the applicant has thus determined that such a linear length H makes it possible to obtain a sufficiently homogeneous premix, thus reducing the production of nitrogen oxides by the burner 2.
  • the burner 2 includes a fuel injection system 14.
  • the fuel injection system 14 is arranged so as to inject fuel into the linear zone 11 of premixing.
  • the fuel injection system 14 is located at a fuel injection distance V measured from the distal end 13 and along the central longitudinal axis.
  • the distance V is at least equal to 0.5e.
  • the flow of oxidizer between the distal end 13 and the fuel injection system 14 has time stabilize, which subsequently improves the quality of the premix and reduces the production of nitrogen oxides.
  • the linear premix zone 11 is fluidically connected to a sleeve 27 for supplying oxidizer.
  • oxidizer in this case air
  • a fuel in this case hydrocarbon gas.
  • the central ferrule 4 comprises a first annular end portion.
  • the first end portion 15 is arranged downstream of the first inclined portion 7, depending on the direction of movement of the oxidant.
  • the first end portion 15 defines a first end diameter D1.
  • the peripheral shell 5 comprises a second portion 16 of annular end.
  • the second end portion 16 is arranged downstream of the second inclined portion 8, depending on the direction of movement of the oxidant.
  • the second end portion 16 defines a second end diameter D2.
  • first end diameter D1 is measured from an external face of the central ferrule and that the second end diameter D2 is measured from an internal face of the peripheral ferrule.
  • the first end portion 15 and the second end portion 16 are substantially parallel to the central longitudinal axis.
  • the first end portion 15 and the second end portion 16 together form a conduit 17 end.
  • the end duct 17 thus makes it possible to eject part of the mixture of fuel and oxidizer out of the burner 2 in a direction substantially parallel to the central longitudinal axis C. This provides a stable flame while reducing the production of nitrogen oxides.
  • the first end portion 15 has a first end length L1.
  • the second end portion 16 has a second end length L2.
  • End lengths L1, L2 are measured along the central longitudinal C axis.
  • the first end length L1 is less than or equal to the second end length L2. This makes it possible to obtain a good compromise between flame stability and low production of nitrogen oxides.
  • the central shroud 4 comprises fuel supply tubes 24 opening onto a central end 25 and capable of injecting fuel through this central end 25 .
  • installation 1 includes a combustion chamber 3.
  • the combustion chamber 3 is delimited laterally by a wall 18.
  • the wall 18 comprises an opening 19 through which the burner 2 can be inserted into the combustion chamber 3.
  • a longitudinal end of the peripheral shroud 5 is located in the combustion chamber 3.
  • the longitudinal end 20 is arranged at a first insertion length K1 measured from the opening 19 and along the central longitudinal axis C.
  • the burner 2 comprises fuel injection devices 21.
  • the fuel injection devices 21 are arranged in the peripheral shell 5.
  • the fuel injection devices 21 are capable of injecting fuel through an injection end 22.
  • the longitudinal end 20 and the injection end 22 are separated from each other by an offset length N between 0 and the first insertion length K1.
  • the offset length N is measured along the central longitudinal axis C, and the injection end 22 is arranged upstream of the longitudinal end 20 according to the direction of movement of the oxidizer. This makes it possible to delay the ignition of the fuel and therefore allows recirculation of the combustion fumes, which reduces the production of nitrogen oxides.
  • the fuel injection devices 21 are arranged in an annular manner in the peripheral shell 5.
  • a distance U is defined which corresponds to the length separating two fuel injection devices 21 opposite each other by a center G of the burner 2.
  • the fuel injection devices 21 have an injection diameter D3 .
  • the distance U is between D2 + D3 and an equivalent diameter Df of the wall 18 of the combustion chamber 3.
  • the equivalent diameter is a mathematical concept allowing to characterize in the shape of a circle and therefore of a diameter of the circle, any shape.
  • the combustion chamber 3 can have three different shapes: - a circle, in this case, the equivalent diameter is the diameter of the circle, - a square, in this case, the equivalent diameter is the diameter of the circle passing through the center of each side of said square, - a rectangle, in this case, the equivalent diameter is the diameter of the circle passing through the center of each longest side of said rectangle.
  • Such a distance U makes it possible to obtain a low production of nitrogen oxides.
  • the distance U is close to the value of the equivalent diameter Df, the emissions of nitrogen oxides are particularly low.
  • the peripheral ferrule 5 comprises an annular hook 23 .
  • the annular hook 23 includes housings in which a fuel injection device 21 is inserted.
  • the peripheral ferrule 5 advantageously has an outer diameter D4 greater than the diameter of said peripheral ferrule 5 in the linear premix zone 11. This makes it possible to deport the fuel injection devices 21 by moving them away from the longitudinal central axis C and thus allows them to be cooled.

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Abstract

Brûleur (2) à prémélange, destiné à être monté dans une chambre (3) de combustion, ledit brûleur (2) étant configuré pour être alimenté en comburant et en combustible, ce brûleur comprenant : - une virole (4) centrale annulaire, et - une virole (5) périphérique annulaire, la virole (4) centrale étant agencée dans la virole (5) périphérique de sorte à former un espace (6) annulaire entre lesdites viroles (4, 5) centrale et périphérique, le brûleur (2) comprenant au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l'espace (6) annulaire de sorte à pré-mélanger le combustible et le comburant dans ledit espace (6) annulaire.

Description

Installation comprenant un brûleur à prémélange Domaine technique de l'invention
L’invention concerne le domaine des brûleurs agencés dans des chambres de combustion à faible émission d’oxydes d’azote.
Arrière-plan technique
Il existe de nombreuses applications dans lesquelles on retrouve des brûleurs associés à des chambres de combustion exiguës. C’est par exemple le cas des chaudières.
Dans ces chambres de combustion où le volume est restreint, le foyer, siège de la combustion, présente des dimensions réduites et sa charge volumique est alors particulièrement élevée.
Dans ces conditions difficiles, la maîtrise des émissions d’oxydes d’azote est un enjeu important.
Afin de réduire les rejets d’oxydes d’azote, les constructeurs ont mis en place des systèmes de recirculation de fumées. Ces systèmes ont pour fonction de recycler une partie des fumées pour appauvrir le comburant en oxygène afin de réduire la production d’oxydes d’azote.
Bien que ces systèmes aient prouvé leur efficacité, ils génèrent d’autres inconvénients.
La fonction de recirculation des fumées complexifie l’architecture de ces installations. En effet, elles doivent contenir un réseau de gaines spécifiques et un dispositif de ventilation adapté. Les installations sont alors plus encombrantes et plus onéreuses à l’achat.
La fonction de recirculation des fumées induit une surconsommation énergétique, car le dispositif de ventilation est énergivore et consomme de l’électricité. De plus, la réaction de combustion est affectée par les fumées recirculées, ce qui grève l’efficacité de l’installation.
L’enjeu pour les utilisateurs est donc de s’affranchir de ces inconvénients en disposant d’installations dénuées de systèmes de recirculation des fumées, tout en bénéficiant de faibles émissions d’oxydes d’azote.
A cet effet, il est proposé en premier lieu un brûleur à prémélange, destiné à être monté dans une chambre de combustion, ledit brûleur étant configuré pour être alimenté en comburant et en combustible, ce brûleur comprenant :
- une virole centrale annulaire, et
- une virole périphérique annulaire, la virole centrale étant agencée dans la virole périphérique de sorte à former un espace annulaire entre lesdites viroles centrale et périphérique,
le brûleur comprenant au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l’espace annulaire de sorte à pré-mélanger le combustible et le comburant dans ledit espace annulaire,
brûleur dans lequel :
- la virole périphérique comporte une deuxième portion inclinée définissant un angle α périphérique avec un axe central longitudinal dudit brûleur, et
- la virole centrale comporte une première portion inclinée définissant un angle β central avec l’axe central longitudinal, l’angle β central étant compris entre 0° et α°,
brûleur dans lequel la première portion inclinée et la deuxième portion inclinée définissent une zone convergente de sorte que le combustible et le comburant sont orientés en direction de l’axe central longitudinal.
La demanderesse a déterminé qu’un angle α périphérique compris dans cet intervalle permet de réduire les émissions d’oxydes d’azote et ceci sans l’usage d’un système de recirculation.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :
- les angles α et β sont mesurés selon le sens antihoraire ;
- l’angle α périphérique est compris entre 30° et 70° ;
- brûleur dans lequel :
- la virole centrale comporte une première portion linéaire sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal située en amont de la première portion inclinée selon le sens de déplacement du comburant,
- la virole périphérique comporte une deuxième portion linéaire sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal située en amont de la deuxième portion inclinée, ladite deuxième portion linéaire étant agencée en regard de la première portion linéaire,
brûleur dans lequel, l’espace annulaire comporte une zone linéaire de prémélange délimitée transversalement par la première portion linéaire et la deuxième portion linéaire, ladite zone linéaire de prémélange ayant une longueur H linéaire mesurée selon l’axe (C) central longitudinal et un espacement e mesuré entre la première portion linéaire de la virole centrale et la deuxième portion linéaire de la virole périphérique selon une direction perpendiculaire à l’axe central longitudinal, ledit espacement e étant constant le long de la longueur H linéaire, ladite zone linéaire de prémélange étant délimitée longitudinalement par une extrémité proximale située du côté de la zone convergente et par une extrémité distale opposée à l’extrémité proximale selon l’axe central longitudinal ;
- la longueur H linéaire est au minimum égale à 3e ;
- celui-ci comprend un système d’injection de combustible agencé dans la zone linéaire de prémélange à une distance V d’injection combustible mesurée depuis l’extrémité distale, ladite distance V d’injection combustible étant au minimum égale à 0,5e ;
- la zone linéaire de prémélange est raccordée de façon fluidique à une alimentation de comburant ;
- la virole centrale comprend une première portion d’extrémité annulaire définissant un premier diamètre D1 d’extrémité et agencée en aval de la première portion inclinée selon le sens de déplacement du comburant, la virole périphérique comprend une deuxième portion d’extrémité définissant un deuxième diamètre D2 d’extrémité et agencée en aval de la deuxième portion inclinée selon le sens de déplacement du comburant, brûleur dans lequel la première portion d’extrémité et la deuxième portion d’extrémité sont sensiblement parallèles à l’axe central longitudinal du bruleur et définissent ensemble un conduit d’extrémité apte à éjecter au moins une partie du mélange de combustible et de comburant hors du brûleur selon une direction sensiblement parallèle à l’axe central longitudinal ;
- la première portion d’extrémité présente une première longueur L1 d’extrémité mesurée selon l’axe longitudinal, la deuxième portion d’extrémité présente une deuxième longueur L2 d’extrémité mesurée selon l’axe central longitudinal, la première longueur L1 d’extrémité étant inférieure ou égale à la deuxième longueur L2 d’extrémité.
Il est proposé en deuxième lieu une installation comprenant un brûleur tel que précédemment décrit et une chambre de combustion délimitée latéralement par une paroi, cette paroi comprenant une ouverture par laquelle est apte à être inséré le brûleur dans ladite chambre de combustion, installation dans laquelle une extrémité longitudinale de la virole périphérique située dans la chambre de combustion, est agencée à une première longueur K1 d’insertion mesurée depuis l’ouverture et selon l’axe central longitudinal.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :
- le brûleur comprend des dispositifs d’injection de combustible agencés dans la virole périphérique, lesdits dispositifs d’injection de combustible étant aptes à injecter du combustible par une extrémité d’injection, l’extrémité longitudinale et l’extrémité d’injection étant distantes l’une de l’autre d’une longueur N de décalage comprise entre 0 et K1 et mesurée selon l’axe central longitudinal, l’extrémité d’injection étant agencée en amont de l’extrémité longitudinale selon le sens de déplacement du comburant ;
- deux dispositifs d’injection de combustible opposés par un centre du brûleur sont distants d’une distance U, ladite distance U étant comprise entre D2+D3 et une distance Df de la paroi correspondant à un diamètre équivalent de ladite paroi et D3 correspondant à un diamètre d’injection des dispositifs d’injection.
 Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lequel :
la est une vue en coupe d’une installation et d’un brûleur selon l’invention.
Description détaillée de l’invention
Sur la est représentée une installation 1 comprenant brûleur 2 et une chambre 3 de combustion.
Le brûleur 2 est du type à prémélange. Ceci signifie que du comburant et du combustible sont mélangés à l’intérieur du brûleur 2. Le brûleur 2 est par conséquent configuré pour être alimenté en comburant et en combustible. Le brûleur 2 est apte et est inséré dans la chambre 3 de combustion.
Le brûleur 2 comprend :
- une virole 4 centrale annulaire, et
- une virole 5 périphérique annulaire.
La virole 4 centrale est agencée dans la virole 5 périphérique de sorte à former une espace 6 annulaire entre celles-ci. Le brûleur 2 comprend au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l’espace 6 annulaire. Ainsi un prémélange du combustible et du comburant est effectué dans l’espace 6 annulaire.
La virole 5 périphérique comporte une deuxième portion 8 inclinée. La deuxième portion 8 inclinée définit un angle α périphérique avec un axe C central longitudinal du brûleur 2.
La virole 4 centrale comporte une première portion 7 inclinée. La première portion 7 inclinée définit un angle β central avec l’axe C central longitudinal. L’angle β central a une valeur comprise entre 0° et α°.
Ainsi qu’on peut le voir sur la , la première portion 7 inclinée et la deuxième portion 8 inclinée définissent ensemble une zone 26 convergente. La zone 26 convergente permet ainsi au mélange de combustible et comburant d’être orienté en direction de l’axe C central longitudinal.
Ce brûleur 2, notamment en raison des angles α, β périphérique et central définissant la zone 26 convergente, permet de réduire la production d’oxydes d’azote.
Avantageusement, les angles α et β périphérique et central, sont mesurés selon le sens antihoraire ou trigonométrique. Ainsi, il est possible d’obtenir la zone 26 convergente.
Avantageusement l’angle α périphérique est compris entre 30° et 70°. La demanderesse a déterminé qu’un angle α périphérique compris dans cet intervalle permet de réduire les émissions d’oxydes d’azote et ceci sans l’usage d’un système de recirculation.
Avantageusement, la virole 4 centrale comporte une première portion 9 linéaire. La première portion 9 linéaire est sensiblement parallèle à l’axe C central longitudinal et est située en amont de la première portion 7 inclinée selon le sens de déplacement du comburant.
Le sens de déplacement du comburant est représenté par une flèche F sur la .
La virole 5 périphérique est munie d’une deuxième portion 10 linéaire. La deuxième portion 10 linéaire est sensiblement parallèle à l’axe C central longitudinal et est située en amont de la deuxième portion 8 inclinée selon le sens de déplacement du comburant. La deuxième portion 10 linéaire de la virole 5 périphérique est située en regard de première portion 9 linéaire de la virole 4 centrale.
L’espace 6 annulaire comporte ainsi une zone linéaire 11 de prémélange. La zone linéaire 11 de prémélange est délimitée transversalement, c’est-à-dire selon une direction perpendiculaire à l’axe C central longitudinal, par la première portion 9 linéaire d’une part, et par la deuxième portion 10 linéaire d’autre part.
La zone linéaire 11 de prémélange est définie par une longueur H linéaire mesurée selon l’axe C central longitudinal et par un espacement e mesuré entre la première portion 9 linéaire et la deuxième portion 10 linéaire selon une direction transversale perpendiculaire à l’axe C central longitudinal. L’espacement e est donc mesuré entre la virole 5 périphérique et la virole 4 centrale. Dans la zone linéaire 11 de prémélange, l’espacement e est constant le long de la longueur H linéaire.
Ainsi la zone linéaire 11 de prémélange est délimitée longitudinalement, c’est-à-dire selon l’axe C central longitudinal, par une extrémité 12 proximale et par une extrémité 13 distale. L’extrémité 12 proximale est située du côté de la zone 26 convergente, c’est-à-dire, que l’extrémité 12 proximale est celle qui se situe le plus près de la zone 26 convergente. L’extrémité 13 distale est opposée à l’extrémité 12 proximale et est par conséquent plus éloignée de la zone 26 convergente.
La zone linéaire 11 de prémélange ainsi agencée, permet de réaliser un prémélange de bonne qualité. Ainsi la production d’oxydes d’azote est réduite.
Avantageusement, la longueur H linéaire est définie de sorte qu’elle soit au moins égale à trois fois l’espacement e. La demanderesse a ainsi déterminé qu’une telle longueur H linéaire permet d’obtenir un prémélange suffisamment homogène réduisant ainsi la production d’oxydes d’azote par le brûleur 2.
Avantageusement, le brûleur 2 comprend un système 14 d’injection de combustible. Le système 14 d’injection de combustible est agencé de sorte à injecter du combustible dans la zone linéaire 11 de prémélange. Le système 14 d’injection de combustible est situé à une distance d’injection combustible V mesurée depuis l’extrémité 13 distale et selon l’axe central longitudinal. La distance V est au minimum égale à 0,5e.
En positionnant le système 14 d’injection de combustible, à distance de l’extrémité 13 distale dans la zone linéaire 11 de prémélange, le flux de comburant entre l’extrémité 13 distale et le système 14 d’injection de combustible, a le temps de se stabiliser ce qui améliore par la suite la qualité du prémélange et permet de réduire la production d’oxydes d’azote.
Avantageusement, la zone linéaire 11 de prémélange est raccordée de façon fluidique à un manchon 27 d’alimentation en comburant. L’espace 6 annulaire est ainsi alimenté en comburant, en l’espèce de l’air, qui peut être mélangé avec un carburant, en l’espèce du gaz hydrocarbure.
Avantageusement, la virole 4 centrale comprend une première portion d’extrémité annulaire. La première portion 15 d’extrémité est agencée en aval de la première portion 7 inclinée, selon le sens de déplacement du comburant. La première portion 15 d’extrémité définit un premier diamètre D1 d’extrémité.
La virole 5 périphérique comprend une deuxième portion 16 d’extrémité annulaire. La deuxième portion 16 d’extrémité est agencée en aval de la deuxième portion 8 inclinée, selon le sens de déplacement du comburant. La deuxième portion 16 d’extrémité définit un deuxième diamètre D2 d’extrémité.
Il est à noter que le premier diamètre D1 d’extrémité est mesuré depuis une face externe de la virole centrale et que le deuxième diamètre D2 d’extrémité est mesuré depuis une face interne de la virole périphérique.
La première portion 15 d’extrémité et la deuxième portion 16 d’extrémité sont sensiblement parallèles à l’axe central longitudinal. La première portion 15 d’extrémité et la deuxième portion 16 d’extrémité forment ensemble un conduit 17 d’extrémité. Le conduit 17 d’extrémité permet ainsi d’éjecter une partie du mélange de combustible et de comburant hors du brûleur 2 selon une direction sensiblement parallèle à l’axe C central longitudinal. Ceci permet d’obtenir une flamme stable tout en réduisant la production d’oxydes d’azote.
La première portion 15 d’extrémité présente une première longueur L1 d’extrémité. La deuxième portion 16 d’extrémité présente une deuxième longueur L2 d’extrémité. Les longueurs L1, L2 d’extrémité sont mesurées selon l’axe C central longitudinal. La première longueur L1 d’extrémité est inférieure ou égale à la deuxième longueur L2 d’extrémité. Ceci permet d’obtenir un bon compromis entre stabilité de la flamme et faible production d’oxydes d’azote.
Avantageusement, la virole 4 centrale comprend des tubes 24 d’alimentation de combustible débouchant sur une extrémité 25 centrale et apte à injecter du combustible par cette extrémité 25 centrale.
Ainsi que précédemment évoqué, l’installation 1 comprend une chambre 3 de combustion.
La chambre 3 de combustion est délimitée latéralement par une paroi 18. La paroi 18 comprend une ouverture 19 par laquelle est apte à être inséré le brûleur 2 dans la chambre 3 de combustion. Une extrémité 20 longitudinale de la virole 5 périphérique est située dans la chambre 3 de combustion. L’extrémité 20 longitudinale est agencée à une première longueur K1 d’insertion mesurée depuis l’ouverture 19 et selon l’axe C central longitudinal.
Avantageusement, le brûleur 2 comprend des dispositifs 21 d’injection de combustible. Les dispositifs 21 d’injection de combustible sont agencés dans la virole 5 périphérique. Les dispositifs 21 d’injection de combustible sont aptes à injecter du combustible par une extrémité 22 d’injection.
L’extrémité 20 longitudinale et l’extrémité 22 d’injection sont distantes l’une de l’autre d’une longueur N de décalage comprise entre 0 et la première longueur K1 d’insertion. La longueur N de décalage est mesurée selon l’axe C central longitudinal, et l’extrémité 22 d’injection est agencée en amont de l’extrémité 20 longitudinale selon le sens de déplacement du comburant. Ceci permet de retarder l’allumage du combustible et donc permet une recirculation des fumées de combustion, ce qui réduit la production d’oxydes d’azote.
Les dispositifs 21 d’injection de combustible sont agencés de manière annulaire dans la virole 5 périphérique. On définit une distance U qui correspond à la longueur séparant deux dispositifs 21 d’injection de combustible opposés l’un à l’autre par un centre G du brûleur 2. Les dispositifs 21 d’injection de combustible présentent un diamètre D3 d’injection. La distance U est comprise entre D2 + D3 et un diamètre équivalent Df de la paroi 18 de la chambre 3 de combustion.
Le diamètre équivalent est une notion mathématique permettant de caractériser sous la forme d’un cercle et donc d’un diamètre du cercle, une forme quelconque.
Dans le cas présent, la chambre 3 de combustion peut avoir trois formes différentes :
- un cercle, dans ce cas, le diamètre équivalent est le diamètre du cercle,
- un carré, dans ce cas, le diamètre équivalent est le diamètre du cercle passant par le centre de chaque côté dudit carré,
- un rectangle, dans ce cas, le diamètre équivalent est le diamètre du cercle passant par le centre de chaque côté les plus longs dudit rectangle.
Une telle distance U permet d’obtenir une faible production d’oxydes d’azote. En particulier lorsque la distance U est proche de la valeur du diamètre équivalent Df, les émissions d’oxydes d’azote sont particulièrement faibles.
Avantageusement, la virole 5 périphérique comprend un décroché 23 annulaire. Le décroché 23 annulaire comporte des logements dans lesquels est inséré un dispositif 21 d’injection de combustible. Dans la zone où se situe le décroché 23, la virole 5 périphérique présente avantageusement un diamètre D4 extérieure supérieur au diamètre de ladite virole 5 périphérique dans la zone linéaire 11 de prémélange. Ceci permet de déporter les dispositifs 21 d’injection de combustible en les éloignant de l’axe C central longitudinal et permet ainsi leur refroidissement.

Claims (12)

  1. Brûleur (2) à prémélange, destiné à être monté dans une chambre (3) de combustion, ledit brûleur (2) étant configuré pour être alimenté en comburant et en combustible, ce brûleur comprenant :
    - une virole (4) centrale annulaire, et
    - une virole (5) périphérique annulaire, la virole (4) centrale étant agencée dans la virole (5) périphérique de sorte à former un espace (6) annulaire entre lesdites viroles (4, 5) centrale et périphérique,
    le brûleur (2) comprenant au moins une injection de combustible et au moins une injection de comburant dans l’espace (6) annulaire de sorte à pré-mélanger le combustible et le comburant dans ledit espace (6) annulaire, brûleur (2) dans lequel :
    - la virole (5) périphérique comporte une deuxième portion (8) inclinée définissant un angle α périphérique avec un axe (C) central longitudinal dudit brûleur (2), et
    - la virole (4) centrale comporte une première portion (7) inclinée définissant un angle β central avec l’axe (C) central longitudinal, l’angle β central étant compris entre 0° et α°,
    brûleur (2) dans lequel la première portion (7) inclinée et la deuxième portion (8) inclinée définissent une zone (26) convergente de sorte que le combustible et le comburant sont orientés en direction de l’axe (C) central longitudinal.
  2. Brûleur (2) selon la revendication 1 dans lequel, les angles α et β sont mesurés selon le sens anti horaire.
  3. Brûleur (2) selon la revendication 1 dans lequel, l’angle α périphérique est compris entre 30° et 70°.
  4. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel :
    - la virole (4) centrale comporte une première portion (9) linéaire sensiblement parallèle à l’axe (C) central longitudinal située en amont de la première portion (7) inclinée selon le sens de déplacement du comburant,
    - la virole (5) périphérique comporte une deuxième portion (10) linéaire sensiblement parallèle à l’axe (C) central longitudinal située en amont de la deuxième portion (8) inclinée, ladite deuxième portion (10) linéaire étant agencée en regard de la première portion (9) linéaire,
    brûleur (2) dans lequel, l’espace (6) annulaire comporte une zone linéaire (11) de prémélange délimitée transversalement par la première portion (9) linéaire et la deuxième portion (9) linéaire, ladite zone linéaire (11) de prémélange ayant une longueur H linéaire mesurée selon l’axe (C) central longitudinal et un espacement e mesuré entre la première portion (9) linéaire de la virole (4) centrale et la deuxième (10) portion linéaire de la virole (5) périphérique selon une direction perpendiculaire à l’axe (C) central longitudinal, ledit espacement e étant constant le long de la longueur H linéaire, ladite zone linéaire (11) de prémélange étant délimitée longitudinalement par une extrémité (12) proximale située du côté de la zone (26) convergente et par une extrémité (13) distale opposée à l’extrémité (12) proximale selon l’axe (C) central longitudinal.
  5. Brûleur (2) selon la revendication 4 dans lequel, la longueur H linéaire est au minimum égale à 3e.
  6. Brûleur (2) selon la revendication 5 dans lequel celui-ci comprend un système (14) d’injection de combustible agencé dans la zone linéaire (11) de prémélange à une distance V d’injection combustible mesurée depuis l’extrémité (13) distale, ladite distance V d’injection combustible étant au minimum égale à 0,5e.
  7. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6 dans lequel, la zone linéaire (11) de prémélange est raccordée de façon fluidique à une alimentation de comburant.
  8. Brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel, la virole (4) centrale comprend une première portion (15) d’extrémité annulaire définissant un premier diamètre D1 d’extrémité et agencée en aval de la première portion (7) inclinée selon le sens de déplacement du comburant, la virole (5) périphérique comprend une deuxième portion (16) d’extrémité définissant un deuxième diamètre D2 d’extrémité et agencée en aval de la deuxième portion (8) inclinée selon le sens de déplacement du comburant, brûleur (2) dans lequel la première portion (15) d’extrémité et la deuxième portion (16) d’extrémité sont sensiblement parallèles à l’axe (C) central longitudinal du bruleur (2) et définissent ensemble un conduit (17) d’extrémité apte à éjecter au moins une partie du mélange de combustible et de comburant hors du brûleur (2) selon une direction sensiblement parallèle à l’axe (C) central longitudinal.
  9. Brûleur (2) selon la revendication 8 dans lequel, la première portion (15) d’extrémité présente une première longueur L1 d’extrémité mesurée selon l’axe longitudinal, la deuxième portion (16) d’extrémité présente une deuxième longueur L2 d’extrémité mesurée selon l’axe (C) central longitudinal, la première longueur L1 d’extrémité étant inférieure ou égale à la deuxième longueur L2 d’extrémité.
  10. Installation (1) comprenant un brûleur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 et une chambre (3) de combustion délimitée latéralement par une paroi (18), cette paroi (18) comprenant une ouverture (19) par laquelle est apte à être inséré le brûleur (2) dans ladite chambre (3) de combustion, installation (1) dans laquelle une extrémité (20) longitudinale de la virole (5) périphérique située dans la chambre (3) de combustion, est agencée à une première longueur K1 d’insertion mesurée depuis l’ouverture (19) et selon l’axe (C) central longitudinal.
  11. Installation (1) selon la revendication 10 dans laquelle, le brûleur (2) comprend des dispositifs (21) d’injection de combustible agencés dans la virole (5) périphérique, lesdits dispositif (21) d’injection de combustible étant aptes à injecter du combustible par une extrémité (22) d’injection, l’extrémité (20) longitudinale et l’extrémité (22) d’injection étant distantes l’une de l’autre d’une longueur N de décalage comprise entre 0 et K1 et mesurée selon l’axe (C) central longitudinal, l’extrémité (22) d’injection étant agencée en amont de l’extrémité (20) longitudinale selon le sens de déplacement du comburant.
  12. Installation (1) selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11 dans laquelle, deux dispositifs (21) d’injection de combustible opposés par un centre (G) du brûleur (2) sont distants d’une distance U, ladite distance U étant comprise entre D2+D3 et une distance Df de la paroi (18) correspondant à un diamètre équivalent de ladite paroi (18) et D3 correspondant à un diamètre d’injection des dispositifs d’injection.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5573391A (en) * 1994-10-13 1996-11-12 Gas Research Institute Method for reducing nitrogen oxides
EP1391652A2 (fr) * 2002-08-21 2004-02-25 Rolls-Royce Plc Dispositif d'injection de combustible
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