WO2025233261A1 - Brûleur annulaire pour la fabrication de fibres minerales - Google Patents

Brûleur annulaire pour la fabrication de fibres minerales

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WO2025233261A1
WO2025233261A1 PCT/EP2025/062168 EP2025062168W WO2025233261A1 WO 2025233261 A1 WO2025233261 A1 WO 2025233261A1 EP 2025062168 W EP2025062168 W EP 2025062168W WO 2025233261 A1 WO2025233261 A1 WO 2025233261A1
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combustion chamber
burner
fuel
wall
fluid
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PCT/EP2025/062168
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Inventor
Antoine VERDIER
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Saint Gobain Isover SA France
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Saint Gobain Isover SA France
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • C03B37/048—Means for attenuating the spun fibres, e.g. blowers for spinner cups

Definitions

  • Ring burner for the manufacture of mineral fibers Field of the invention [1]
  • the present invention relates to a ring burner for the manufacture of mineral fibers by internal centrifugation, as well as an installation comprising such a burner.
  • Prior art [2] It is known to manufacture mineral wool by an internal centrifugation process.
  • Document EP4274813 describes, for example, an installation comprising a ring burner for the manufacture of glass fibers by internal centrifugation. During the centrifugation of a shaft connected to a basket and a plate, molten mineral material is projected in a radial direction relative to the main axis of centrifugation of the shaft onto a strip of a plate provided with orifices.
  • the molten mineral material passes through the orifices so as to form filaments made of the molten mineral material.
  • the ring burner comprises a combustion chamber and a nozzle opening towards the orifices.
  • the gases produced by combustion in the combustion chamber are expelled from the combustion chamber towards the filaments, imparting momentum to the filaments, stretching them into fibers.
  • the combustion gases heat the filaments as they exit the orifices, further contributing to their stretching.
  • the fuel and oxidizer used are methane and air, respectively. A flame, driven by the combustion of methane and oxygen from the air, is maintained in the combustion chamber during fiber production.
  • known combustion chambers are adapted for the combustion of methane. This combustion produces carbon dioxide.
  • An object of the invention is to provide an annular burner that reduces the amount of carbon dioxide emitted during combustion in the burner.
  • This object is achieved, at least partially, in the context of the present invention by means of an annular burner for the manufacture of mineral fibers, comprising a combustion chamber and a nozzle, the combustion chamber and the nozzle having rotational symmetry about a principal axis, the nozzle fluidly connecting the combustion chamber to the outside of the burner, the burner comprising injectors, the number of injectors being strictly greater than five, each injector being adapted to inject a mixture of fuel and oxidizer into the combustion chamber, the injectors being distributed around the combustion chamber, the combustion chamber having a first volume, the ratio between the first volume and the number of injectors being between 725 cm3 and 900 cm3 .
  • the present invention is advantageously complemented by the following features, taken individually or in any of their technically possible combinations: [7] – the first volume is formed by a revolution of a section around the principal axis, an area of the section being between 130 cm2 and 155 cm2 , preferably between 135 cm2 and 150 cm2 , [8] – the number of injectors is between 5 and 35, preferably between 20 and 30, [9] – the first volume is between 15,000 cm3 and 25,000 cm3 , preferably between 18,000 cm3 and 20,000 cm3 , [10] – each injector is configured to mix the oxidizer and the fuel in the burner, [11] - each injector includes an angular deflector configured to generate a vortex flow of oxidizer and/or fuel into the injector, [12] - each injector includes a first fluidic inlet adapted for a fuel comprising dihydrogen, [13] - the combustion chamber includes a wall distal to the main axis, the injectors are distributed
  • Another aspect of the invention is an installation for the production of mineral fibers, the installation comprising: - an annular burner according to an embodiment of the invention, - a fiber-forming plate having orifices, adapted to receive a molten mineral material, and adapted to form filaments of the mineral material from the orifices by centrifuging the plate.
  • the burner comprises: - a first fluid inlet, the first fluid inlet being configured to receive a first fluid at a first flow rate, the first fluid comprising a fuel, the first fluid inlet being fluidly connected to the combustion chamber by injectors, and - a third fluid inlet configured to receive a second fluid at a second flow rate, the second fluid having an oxygen volume fraction greater than 0.10, the third fluid inlet being fluidly connected to the combustion chamber by injectors, the installation comprising a control unit configured to control the first flow rate of the first fluid and the second flow rate of the second fluid so that the pressure PB in the combustion chamber is between 1961 Pa (200 mm CE) and 7845 Pa (800 mm CE), in particular between 4413 Pa (450 mm CE) and 7355 Pa (750 mm CE) and preferably between 5394 Pa (550 mm CE) and 6374 Pa (650 mm).
  • the fuel comprises dihydrogen, with a volume fraction of dihydrogen in the first fluid greater than 0.05.
  • FIG. 4 schematically illustrates a flame detector according to an embodiment of the invention
  • FIG. 5 illustrates a simulation of gas flow in the combustion chamber during combustion
  • FIG. 6 illustrates the variation of a mass flow of quantity of movement at the outlet of a burner with a total fuel flow rate.
  • similar elements bear identical reference numerals.
  • the "richness ⁇ " of a combustion reaction is understood to be the ratio between, on the one hand, the ratio between the quantity of fuel and the quantity of air used in a combustion reaction, and on the other hand, the ratio between the quantity of fuel and the quantity of air used in a reaction of the same combustion under stoichiometric conditions.
  • one aspect of the invention is an annular burner 1 for the manufacture of mineral fibers 2.
  • the burner 1 comprises a combustion chamber 3 and a nozzle 4.
  • the combustion chamber 3 and the nozzle 4 have rotational symmetry about a principal axis 5.
  • the principal axis 5 coincides with the axis of rotation of the shaft when the burner 1 is installed in an installation 18 for the manufacture of mineral fibers.
  • the nozzle 4 fluidly connects the combustion chamber 3 to the outside of the burner 1.
  • the burner 1 comprises injectors 6.
  • Each injector 6 is adapted to inject a mixture of fuel and oxidizer into the combustion chamber 3.
  • the number of injectors 6 is strictly greater than five.
  • the number of injectors 6 can be between 5 and 35, preferably between 20 and 30.
  • the injectors 6 are distributed around the combustion chamber 3.
  • the combustion chamber 3 has a first volume.
  • the ratio between the first volume and the number of injectors 6 is between 725 cm3 and 900 cm3 , and preferably between 750 cm3 and 850 cm3 .
  • the inventors discovered that a ratio chosen from the aforementioned range allows the use of a flame produced from a fuel containing dihydrogen for the manufacture of mineral fibers 2 with a micronaire between 3 L/min and 24 L/min, particularly between 6 L/min and 20 L/min. Indeed, the manufacture of such fibers requires a stretching power that is achieved with a dihydrogen flame produced in a combustion chamber with such a ratio.
  • the ratio must be limited. Indeed, on the one hand, when the ratio is less than 900 cm3, the homogeneity of the combustion chamber volume in which a flame is likely to be generated is increased. This helps prevent incomplete combustion, as the amount of injected gases that do not participate in combustion is minimized. On the other hand, for a ratio greater than 725 cm3, interactions between the different flames produced by the Interactions between a flame and a wall of the combustion chamber 3 are avoided. This prevents combustion instability, which reduces the homogeneity of the combustion chamber volume in which a flame is likely to be generated. Finally, by avoiding interactions between a flame and a wall of the combustion chamber 3, energy losses through heat transfer in the material forming the combustion chamber are minimized.
  • the first volume is formed by rotating a section around the principal axis 5.
  • the area of the section can be between 130 cm2 and 155 cm2 , preferably between 135 cm2 and 150 cm2 .
  • adjusting the combustion chamber geometry for use with a fuel containing dihydrogen can be implemented independently of any variation in the maximum diameter of the combustion chamber in a plane perpendicular to the axis of rotation.
  • the first volume can be between 15,000 cm3 and 25,000 cm3 , and preferably between 18,000 cm3 and 20,000 cm3 .
  • another aspect of the invention is an installation 18 for the production of mineral fibers 2.
  • the installation 18 comprises an annular burner 1 according to an embodiment of the invention.
  • the installation 18 also includes a fiber-forming plate 19 having orifices 20.
  • the plate 19 is adapted to receive molten mineral material and to form filaments 21 of the mineral material from the orifices 20 by centrifuging the plate 19.
  • the mineral fibers produced are more homogeneous and are produced while reducing the amount of carbon dioxide emitted for a predetermined quantity of fibers produced.
  • injector 6 [35] Each injector 6 can be configured to mix the oxidizer and the fuel in the burner 1. Thus, it is possible to avoid mixing the fuel and the oxidizer prior to their introduction into the burner.
  • An injector 6 may include an angular deflector configured to generate a vortex flow of oxidizer and/or fuel within the injector 6.
  • the injector 6 may include a mixing line. The angular deflector enables a flow in which the fuel and oxidizer flow along at least a portion of the mixing line in the same principal flow direction, and such that the oxidizer rotates relative to the fuel about an axis oriented along the principal flow direction.
  • the angular deflector may be adapted to generate a vortex flow of the fuel and oxidizer within the mixing line.
  • the swirl number S can be between 0.10 and 2.00, preferably between 0.25 and 1.70, particularly between 0.35 and 1.40, and preferably between 0.45 and 1.10, again preferably between 0.50 and 0.90, and even more preferably between 0.65 and 0.70.
  • the intensity of the rotary motion of the flow is characterized by the value of the swirl number S at the outlet of injector 6.
  • the angular deflection element 15 can be formed by a ring arranged coaxially with the principal flow direction.
  • the ring can be removable.
  • the ring can include a channel adapted to introduce a swirling flow of fuel and/or oxidizer into the mixing line with an angular deflection angle ⁇ , the value of which can be between 10° and 80°, in particular between 20° and 70°, more preferably between 30° and 60°, and more preferably between 40° and 50°.
  • ⁇ angular deflection angle
  • the injector 6 may include a first fluidic inlet suitable for a fuel containing dihydrogen.
  • the first fluidic inlet may be made of one or more hydrogen-impermeable materials.
  • Combustion chamber geometry and shape [43]
  • the combustion chamber 3 is formed by several distinct walls. Typically, the combustion chamber may include a distal wall 7, a proximal wall 10, a top wall 25, and an outlet wall 11.
  • the distal wall 7 may be of revolution about the main axis 5.
  • the distal wall 7 may be cylindrical or frustoconical.
  • the proximal wall 10 may be of revolution about the main axis 5.
  • the proximal wall 10 may be cylindrical or frustoconical.
  • the superior wall 25 connects one end of the proximal wall 10 and one end of the distal wall 7.
  • the wall The upper wall 25 can be planar. It can be of revolution with respect to the principal axis 5 and orthogonal to the principal axis 5.
  • the outlet wall 11 connects one end of the proximal wall 10 and one end of the distal wall 7.
  • the outlet wall 11 can be planar. It can be of revolution about the principal axis 5 and orthogonal to the principal axis 5.
  • the outlet wall 11 can comprise two parts, a proximal and a distal part, the two parts being separated by one end of the nozzle 4. [44]
  • the injectors 6 can be distributed around the distal wall 7.
  • Each injector 6 can be adapted to inject the fuel-oxidizer mixture into the combustion chamber 3 through a second fluidic inlet 8 formed in the distal wall 7.
  • the distal wall 7 can have a first height h measured between two ends of the distal wall 7 with respect to the principal axis 5. The height h can be measured between the outlet wall 11 and the upper wall 25.
  • Each second fluidic inlet 8 can be arranged at a distance between one-third of the first height h and two-thirds of the first height h from one end of the distal wall 7 relative to the main axis 5, and preferably arranged at a distance between 2/5 of the first height h and 3/5 of the first height h from one end of the distal wall 7 relative to the main axis 5.
  • a flame 15 generated from an injector 6 in the combustion chamber 3 can be stabilized both by a gas recirculation between the flame 15 and the upper wall 25 and by a gas recirculation between the flame 15 and the outlet wall 11. Both recirculations induce stresses of the same order of magnitude on the flame 15, which stabilizes it.
  • each injector 6 can be arranged to allow injection of fuel and oxidizer into the combustion chamber 3 along a mean direction 9 orthogonal to the distal wall 7.
  • a mean direction 9 orthogonal to the distal wall 7.
  • the combustion chamber 3 includes an outlet wall 11 for the combustion products.
  • the outlet wall 11 is defined between the distal wall 7 and the proximal wall 10.
  • the ends of the nozzle 4 can be surrounded by the outlet wall 11 in a distal direction 12 and in a proximal direction 13 with respect to the main axis 5.
  • a dead zone of recirculation of the gases ejected from the combustion chamber from being created in the nozzle 4.
  • This allows the temperature and/or momentum of the gases expelled from the nozzle 4 to be homogenized in time and also in space according to a revolution around the main axis 5.
  • Optical flame detection 15 [48] Flame detection inside a burner is important for the safety of the installation. A flame detector allows the presence or absence of a flame 15 to be detected, enabling an immediate response in the event of a failure or malfunction of the flame 15.
  • the burner 1 may include a flame detector 14.
  • the detector 14 includes a sensor configured to detect light radiation and/or ionizing radiation emitted towards the sensor.
  • the burner 1 may include a passage 16.
  • the passage may include an opening 17 formed in one of the walls of the combustion chamber 3.
  • the first fluid inlet may be adapted for a fuel comprising dihydrogen.
  • the detector 14 may then include an optical sensor adapted to measure the intensity of light rays. ultraviolet.
  • a flame 15 formed by the combustion of dihydrogen can be detected.
  • the sensor can be a photodiode or a phototube.
  • the passage 16 can be arranged so that light radiation and/or ionizing radiation emitted by the flame 15 can pass through the passage 16.
  • the passage 16 can open into the combustion chamber 3 through a portion of the proximal wall located between the injector 6 and the outlet wall 11 and/or through the outlet wall 11. Thus, it is possible to minimize the risk of fuel leakage into the combustion chamber 3, which is important when using dihydrogen as fuel.
  • the burner 1 may include a mirror 24.
  • the mirror 24 may be arranged outside the combustion chamber at the outlet of the passage 16.
  • the mirror 24 may be arranged so as to optically align a flame generated in the combustion chamber 3 with the detector 14.
  • the first fluid inlet may be configured to receive a first fluid at a first flow rate.
  • the first fluid may comprise a fuel, the fuel comprising dihydrogen, a volume fraction of dihydrogen in the first fluid being greater than 0.05, in particular greater than 0.15, in particular greater than 0.2, and preferably greater than 0.5.
  • the fuel may also include at least one organic compound.
  • the organic compound(s) may be selected from methane, biogas, propane, and liquefied petroleum gas.
  • the fuel may comprise a mixture of the organic compound(s) and dihydrogen, and preferably a mixture of methane and dihydrogen.
  • the first fluid inlet is fluidically connected to the combustion chamber 3 by injectors 6.
  • the burner 1 may also include a third fluid inlet.
  • the third fluid inlet is configured to receive a second fluid at a second flow rate, the second fluid having an oxygen volume fraction greater than 0.10.
  • the second fluid 10 may be air.
  • the third fluid inlet is fluidly connected to the combustion chamber 3 by injectors 6.
  • the fuel may include methane and dihydrogen.
  • a stoichiometric combustion reaction of a mixture comprising methane and dihydrogen with air can be modeled by the following equation: [58] [Math 1] [59] ⁇ + ⁇ ⁇ + ⁇ ⁇ ⁇ + 3.76 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 2 + ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ + 3.76 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ in which a is equal to the number of moles of dihydrogen.
  • a combustion reaction in excess air of a mixture comprising methane and dihydrogen with air can be modeled by the following equation: [61] [Math 2] [62] ⁇ + ⁇ + ⁇ ⁇ ⁇ " ⁇ + 3.76 ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ 2 + ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ + 3.76" ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ + ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ " ⁇ 1 ⁇
  • ⁇ is the air ratio which is defined by the following equation: [63] [Math 3] &'( ⁇ )* where ⁇ is the richness, AFR is the dosage, also called in English air fuel ratio, and AFRst is the ideal dosage, also called stoichiometric dosage or in English stoichiometric air fuel ratio.
  • the AFR titration can be defined by the following equation: [66] [Math 4] 8 090*0:; ⁇ /01 ⁇ 7 /01 [68] where is the mass flow rate of air introduced into the chamber of is the mass flow rate of methane introduced into the combustion chamber, ⁇ B ⁇ is the mass flow rate of dihydrogen introduced into the combustion chamber, C '@ ⁇ is the density of air upon its introduction into the combustion chamber, D '@ ⁇ is the air flow rate upon its introduction into the combustion chamber, C AB4 is the density of methane upon its introduction into the combustion chamber, D AB4 is the methane flow rate upon its introduction into the combustion chamber, C B ⁇ is the density of dihydrogen upon its introduction into the combustion chamber, D B ⁇ is the dihydrogen flow rate upon its introduction into the combustion chamber, E @F@G@ ⁇ H is the air pressure at the inlet of combustion chamber 4, R is the universal gas constant, I @F@G@ ⁇ H is the temperature at the inlet of combustion chamber 4, J '@
  • the ideal AFRst titration can be defined by the following equation: [70] [Math 5] ) * 4 ⁇ )* ⁇ [72] where U V ⁇ is the quantity of dioxygen introduced into combustion chamber 3, U W ⁇ is the quantity of nitrogen introduced into combustion chamber 3, U AB4 is the quantity of methane introduced into combustion chamber 3 and U B ⁇ is the quantity of dihydrogen introduced into combustion chamber 3. [73] Thus, the general combustion equation including methane and dihydrogen as fuels can be defined by the following formula: [74] [Math 6] [75] [76] Thus, to determine the composition of the combustion products, three parameters are needed: the amount of methane introduced into the combustion chamber 3, the amount of dihydrogen introduced into the combustion chamber 3, and ⁇ .
  • the filaments 21 are stretched to form the mineral fibers 2 by applying an aerodynamic force driven by the compounds expelled from the combustion chamber 3 to the filaments 21 during combustion. The acceleration of the stretching caused by this aerodynamic force controls the diameter of the mineral fibers 2.
  • the stretching of the filaments 21 is locally controlled by a surface density jp of momentum flux at the lips 26 of the burner 1.
  • the surface density jp is defined by the following equation: [79] [Math 7] [80] [81] where MB is a mass momentum flux and where S is a cross-section through which the compounds contained in the combustion chamber 3 are expelled by the nozzle outside the burner 1 following combustion.
  • the nozzle 4 connects the combustion chamber 3 to the outside of the Burner 1.
  • One end of the nozzle 4 forms two lips 26 defining a section through which the compounds contained in the combustion chamber 3 are expelled from the burner 1 following combustion.
  • the section S is defined by the lips 26 of the burner.
  • the mass flux MB decreases for an increasing proportion of dihydrogen during combustion determined by a constant air-fuel ratio ⁇ .
  • Curve (a) illustrates the mass flux MB as a function of the total fuel flow rate, the fuel consisting solely of methane, for an air-fuel ratio ⁇ equal to 0.69.
  • Curve (b) illustrates the mass flux MB as a function of the total fuel flow rate, the fuel consisting of 90% methane and 10% dihydrogen, for an air-fuel ratio ⁇ equal to 0.69.
  • Curve (c) illustrates the mass flux MB as a function of the total fuel flow rate, the fuel comprising 80% methane and 20% dihydrogen, for a fuel-air ratio ⁇ equal to 0.69.
  • Curve (d) illustrates the mass flux MB as a function of the total fuel flow rate, the fuel comprising 70% methane and 30% dihydrogen, for a fuel-air ratio ⁇ equal to 0.69.
  • Curve (e) illustrates the mass flux MB as a function of the total fuel flow rate, the fuel comprising only dihydrogen, for a fuel-air ratio ⁇ equal to 0.69.
  • the pressure P ⁇ sub> B ⁇ /sub> in combustion chamber 3 is between 1961 Pa (200 mm CE) and 7845 Pa (800 mm CE), in particular between 4413 Pa (450 mm CE) and 7355 Pa (750 mm CE) and preferably between 5394 Pa (550 mm CE) and 6374 Pa (650 mm).
  • mineral fibers 2 with a micronaire between 3 L/min and 24 L/min, in particular between 6 L/min and 20 L/min, using at least some of dihydrogen as fuel.
  • the rotational speed of the plate can be greater than 2000 rpm.
  • the fiber pull by the plate can be less than 1 kg per day per plate orifice, and in particular less than 0.6 kg per day per plate orifice.
  • the pressure PB in the combustion chamber 3 can be determined by the geometry of the combustion chamber 3, the geometry of the nozzle 4, the first flow rate, the second flow rate, a composition of the first fluid, and a composition of the second fluid.
  • the combustion reaction can be maintained in combustion chamber 3 by introducing a mass flow rate of methane of 9.96 kg/h, a mass flow rate of dihydrogen of 0.75 kg/h, the volume fraction of dihydrogen in the first fuel thus being 0.07, and a mass flow rate of the second fluid consisting of air of 285 kg/h.
  • the combustion reaction described above makes it possible to apply a mass flux MB of 18.9 kg ⁇ m/ s2 to the platform while controlling a pressure PB in combustion chamber 3 of 6002 Pa (612 mm CE).
  • the installation 18 may include a control unit.
  • the control unit can be configured to control the first flow rate of the first fluid 22 and the second flow rate of the second fluid 23 so that the pressure PB in the combustion chamber is between 1961 Pa (200 mm CE) and 7845 Pa (800 mm CE), in particular between 4413 Pa (450 mm CE) and 7355 Pa (750 mm CE), and preferably between 5394 Pa (550 mm CE) and 6374 Pa (650 mm CE).
  • the pressure PB can be calculated according to a predetermined model from the first and second flow rates.
  • the pressure PB can also be measured by a pressure sensor.
  • the pressure sensor can be chosen from a pitot tube and a sensor arranged on the lips of the configured burner. to emit a signal representative of the pressure in the combustion chamber.

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Abstract

La présente invention concerne un brûleur annulaire pour la fabrication de fibres minérales, comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la chambre de combustion et la tuyère présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe principale, la tuyère reliant fluidiquement la chambre de combustion à l'extérieur du brûleur, le bruleur comprenant des injecteurs, un nombre d'injecteurs étant strictement supérieur à cinq, chaque injecteur étant adapté pour injecter un mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion, les injecteurs étant répartis autour de la chambre de combustion, la chambre de combustion présentant un premier volume, le brûleur étant caractérisé en ce que le rapport entre le premier volume et le nombre d'injecteurs est compris entre 725 cm3 et 900 cm3.

Description

Description Titre de l'invention : Brûleur annulaire pour la fabrication de fibres minérales Domaine de l’invention [1] La présente invention concerne un brûleur annulaire pour la fabrication de fibres minérales par centrifugation interne, ainsi qu’une installation comprenant un tel brûleur. Etat de la technique [2] Il est connu fabriquer une laine minérale par un procédé de centrifugation interne. Le document EP4274813 décrit par exemple une installation comprenant un brûleur annulaire pour la fabrication de fibres de verre par centrifugation interne. Lors de la centrifugation d’un arbre relié à un panier et à une assiette, un matériau minéral fondu est projeté dans une direction radiale par rapport à l’axe principal de centrifugation de l’arbre sur une bande d’une assiette munie d’orifices. Le matériau minéral fondu passe au travers des orifices de manière à former des filaments formés par le matériau minéral fondu. Le brûleur annulaire comprend une chambre de combustion et une tuyère débouchant vers les orifices. Ainsi, les gaz produits par une combustion dans la chambre de combustion sont expulsés hors de la chambre de combustion vers les filaments, ce qui apporte aux filaments une quantité de mouvement qui les étire pour les transformer en fibres. De plus, les gaz produits par combustion permettent de chauffer les filaments en sortie des orifices, ce qui contribue à leur étirement. Le combustible et le comburant utilisés sont respectivement du méthane et de l’air. Une flamme, entraînée par la combustion du méthane et de l’oxygène de l’air, est maintenue dans la chambre de combustion lors de la production des fibres. [3] Toutefois, les chambres de combustion connues sont adaptées à la combustion du méthane. Cette combustion produit du de dioxyde de carbone. Exposé de l’invention [4] Un but de l’invention est de proposer un brûleur annulaire permettant de réduire la quantité de dioxyde de carbone émise lors d’une combustion dans le brûleur. [5] Ce but est atteint, au moins partiellement, dans le cadre de la présente invention grâce à un brûleur annulaire pour la fabrication de fibres minérales, comprenant une chambre de combustion et une tuyère, la chambre de combustion et la tuyère présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe principale, la tuyère reliant fluidiquement la chambre de combustion à l’extérieur du brûleur, le brûleur comprenant des injecteurs, un nombre d’injecteurs étant strictement supérieur à cinq, chaque injecteur étant adapté pour injecter un mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion, les injecteurs étant répartis autour de la chambre de combustion, la chambre de combustion présentant un premier volume, le rapport entre le premier volume et le nombre d’injecteurs étant compris entre 725 cm3 et 900 cm3. [6] La présente invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles : [7] – le premier volume est formé par une révolution d’une section autour de l’axe principal, une aire de la section étant comprise entre 130 cm2 et 155 cm2, préférentiellement entre 135 cm2 et 150 cm2, [8] - le nombre d’injecteurs est compris entre 5 et 35, préférentiellement entre 20 et 30, [9] - le premier volume est compris entre 15 000 cm3 et 25 000 cm3, de préférence entre 18000 cm3 et 20000 cm3, [10] - chaque injecteur est configuré pour mélanger le comburant et le combustible dans le brûleur, [11] - chaque injecteur comprend un déflecteur angulaire configuré pour générer un écoulement tourbillonnaire de comburant et/ou de combustible dans l’injecteur, [12] - chaque injecteur comprend une première entrée fluidique adaptée pour un combustible comprenant du dihydrogène, [13] - la chambre de combustion comprend une paroi distale par rapport à l’axe principal, les injecteurs sont répartis autour de la paroi distale et chaque injecteur est adapté pour injecter le mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion par une deuxième entrée fluidique formée dans la paroi distale, [14] - la paroi distale présente une première hauteur h mesurée entre deux extrémités de la paroi distale par rapport à l’axe principal, chaque deuxième entrée fluidique étant agencée à une distance comprise entre un tiers de la première hauteur et deux tiers de la première hauteur à partir de l’une des extrémités de la paroi distale par rapport à l’axe principal, et préférentiellement agencée à une distance comprise entre 2/5 de la première hauteur et 3/5 de la première hauteur à partir de l’une des extrémités de la paroi distale par rapport l’axe principal, [15] - chaque injecteur est agencé pour permettre une injection du combustible et du comburant dans la chambre de combustion selon une direction moyenne orthogonale à la paroi distale, [16] - la chambre de combustion comprend une paroi distale par rapport à l’axe principal, une paroi proximale par rapport à l’axe principal, et une paroi de sortie des produits de combustion définie entre la paroi distale et la paroi proximale, des extrémités de la tuyère étant entourées par la paroi de sortie dans une direction distale et dans une direction proximale par rapport à l’axe principal, [17] - le brûleur comprend : - un détecteur de flamme comprenant un capteur configuré pour détecter un rayonnement lumineux et/ou un rayonnement ionisant émis en direction du capteur, - un passage comprenant un ajour rectiligne formé dans l’une des parois de la chambre de combustion, [18] - le passage débouche dans la chambre de combustion par une partie de la paroi proximale située entre l’injecteur et la paroi de sortie et/ou par la paroi de sortie, [19] - le brûleur comprend un miroir agencé à l’extérieur de la chambre de combustion en sortie de l’ajour, le miroir étant agencé de sorte à aligner optiquement une flamme générée dans la chambre de combustion et le détecteur. [20] Un autre aspect de l’invention est une installation pour la production de fibres minérales, l’installation comprenant : - un brûleur annulaire selon un mode de réalisation de l’invention, - une assiette de fibrage présentant des orifices, adaptée pour recevoir un matériau minéral fondu, et adaptée pour former des filaments du matériau minéral à partir des orifices par centrifugation de l’assiette. [21] Avantageusement, le brûleur comprend : - la première entrée fluidique, la première entrée fluidique étant configurée pour recevoir un premier fluide à un premier débit, le premier fluide comprenant un combustible, la première entrée fluidique étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion par les injecteurs, et - une troisième entrée fluidique configurée pour recevoir un deuxième fluide à un deuxième débit, le deuxième fluide présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10, la troisième entrée fluidique étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion par les injecteurs, l’installation comprenant une unité de contrôle configurée pour contrôler le premier débit de premier fluide et le deuxième débit de deuxième fluide de sorte que la pression PB dans la chambre de combustion est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm). Selon certains modes de réalisation, le combustible comprend du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05. Description des figures [22] D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [23] [Fig.1] - la figure 1 illustre schématiquement un brûleur selon un mode de réalisation de l’invention, [24] [Fig.2] - la figure 2 illustre schématiquement une partie d’une installation selon un mode de réalisation de l’invention, [25] [Fig.3] - la figure 3 illustre schématiquement un brûleur comprenant un détecteur de flamme selon un mode de réalisation de l’invention, [26] [Fig.4] - la figure 4 illustre schématiquement un détecteur de flamme selon un mode de réalisation de l’invention, [27] [Fig.5] - la figure 5 illustre une simulation d’un écoulement gazeux dans la chambre de combustion lors d’une combustion, [28] [Fig.6] - la figure 6 illustre la variation d’un flux massique de quantité de mouvement en sortie d’un brûleur avec un débit total de combustible. [29] Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. Définitions [30] On entend par « richesse ϕ » d’une réaction de combustion un rapport entre, d’une part, le rapport entre la quantité de combustible et entre la quantité d’air utilisées dans une réaction de combustion, et d’autre part, le rapport entre la quantité de combustible et entre la quantité d’air utilisées dans une réaction de la même combustion dans des conditions stœchiométriques. Description détaillée de l’invention Description générale du brûleur 1 et de l’installation 18 [31] En référence à la figure 1, un aspect de l’invention est un brûleur 1 annulaire pour la fabrication de fibres minérales 2. Le brûleur 1 comprend une chambre de combustion 3 et une tuyère 4. La chambre de combustion 3 et la tuyère 4 présentent une symétrie de révolution par rapport à un axe principale 5. L’axe principal 5 coïncide avec l’axe de rotation de l’arbre lorsque le brûleur 1 est installé dans une installation 18 pour la fabrication de fibres minérales. La tuyère 4 relie fluidiquement la chambre de combustion 3 à l’extérieur du brûleur 1. Le bruleur 1 comprend des injecteurs 6. Chaque injecteur 6 est adapté pour injecter un mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion 3. [32] Un nombre d’injecteurs 6 est strictement supérieur à cinq. Le nombre d’injecteurs 6 peut être compris entre 5 et 35, préférentiellement entre 20 et 30. Les injecteurs 6 sont répartis autour de la chambre de combustion 3. La chambre de combustion 3 présente un premier volume. Le rapport entre le premier volume et le nombre d’injecteurs 6 est compris entre 725 cm3 et 900 cm3, et de préférence entre 750 cm3 et 850 cm3. Les inventeurs ont découvert qu’un rapport choisi dans la gamme précitée permettait l’utilisation d’une flamme produite à partir d’un combustible comprenant du dihydrogène pour la fabrication de fibres minérales 2 présentant un micronaire compris entre 3 L/min et 24 L/min, notamment entre 6 L/min et 20 L/min. En effet, la fabrication de telles fibres nécessite une puissance d’étirement qui est atteinte avec une flamme de dihydrogène produite dans une chambre de combustion présentant un tel rapport. De plus, pour cette puissance, le rapport doit être borné. En effet, d’une part, lorsque le rapport est inférieur à 900 cm³, l’homogénéité du volume de la chambre de combustion dans lequel une flamme est susceptible d’être générée est augmentée. Cela permet d’éviter une combustion incomplète, car la quantité de gaz injectés qui ne participent pas à la combustion est minimisée. D’autre part, pour un rapport supérieur à 725 cm³, des interactions entre les différentes flammes produites par les différents injecteurs ou entre une flamme et une paroi de la chambre de combustion 3 sont évitées. On évite ainsi une instabilité de la combustion, laquelle instabilité diminue l’homogénéité du volume de la chambre de combustion dans lequel une flamme est susceptible d’être générée. Enfin, en évitant des interactions entre une flamme et une paroi de la chambre de combustion 3, les pertes énergétiques par transfert thermique dans le matériau formant la chambre de combustion sont minimisées. [33] En référence à la figure 1, à la figure 2 et à la figure 3, le premier volume est formé par une révolution d’une section autour de l’axe principal 5. Une aire de la section peut être comprise entre 130 cm2 et 155 cm2, préférentiellement entre 135 cm2 et 150 cm2. Ainsi, l’ajustement de la géométrie de la chambre de combustion à l’utilisation d’un combustible comprenant du dihydrogène peut être mis en œuvre indépendamment d’une variation d’un diamètre maximum de la chambre de combustion dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. Le premier volume peut être compris entre 15000 cm3 et 25000 cm3 et de préférence entre 18000 cm3 et 20000 cm3. [34] En référence à la figure 2, un autre aspect de l’invention est une installation 18 pour la production de fibres minérales 2. L’installation 18 comprend un brûleur 1 annulaire selon un mode de réalisation de l’invention. L’installation 18 comprend également une assiette 19 de fibrage présentant des orifices 20. L’assiette 19 est adaptée pour recevoir un matériau minéral fondu, et adaptée pour former des filaments 21 du matériau minéral à partir des orifices 20 par centrifugation de l’assiette 19. Ainsi, de par la présence du brûleur 1 un selon un mode de réalisation de l’invention, les fibres minérales produites sont plus homogènes et sont produites en diminuant la quantité de dioxyde de carbone émise pour une quantité de fibres produites prédéterminée. Injecteur 6 [35] Chaque injecteur 6 peut être configuré pour mélanger le comburant et le combustible dans le brûleur 1. Ainsi, il est possible de ne pas mélanger le combustible et le comburant préalablement à leur introduction dans le brûleur, ce qui permet d’éviter des risques de propagation d’une combustion en dehors du brûleur 3, tout en permettant d’injecter directement un mélange du combustible et du comburant dans le brûleur 3, ce qui augmente la sécurité de la combustion lors de l’utilisation de dihydrogène comme combustible tout en assurant une stabilité de la combustion. [36] Un injecteur 6 peut comprendre un déflecteur angulaire configuré pour générer un écoulement tourbillonnaire de comburant et/ou de combustible dans l’injecteur 6. L’injecteur 6 peut comprendre une conduite de mélange. Le déflecteur angulaire permet de mettre en œuvre un écoulement dans lequel le combustible et le comburant s’écoulent le long d’au moins une partie de la conduite de mélange selon une même direction principale d’écoulement et de sorte à présenter une rotation du comburant par rapport au combustible autour d’un axe orienté selon la direction principale d’écoulement. [37] Le déflecteur angulaire peut être adapté pour générer un écoulement tourbillonnaire du combustible et du comburant dans la conduite de mélange. Le déflecteur angulaire peut présenter un nombre de tourbillon S qui satisfait l’équation S = 2/3 tan(ψ), ψ étant l’angle de déflexion angulaire de l’écoulement de combustible et/ou de comburant après passage dans l’injecteur 6. Le nombre de tourbillon S peut être compris entre 0,10 et 2,00, de préférence entre 0,25 et 1,70, notamment entre 0,35 et 1,40, et préférentiellement entre 0,45 et 1,10, encore préférentiellement entre 0,50 et 0,90, encore préférentiellement entre 0,65 et 0,70. L’intensité du mouvement rotatif de l’écoulement est caractérisée par la valeur du nombre de tourbillon S en sortie de l’injecteur 6. Le nombre de tourbillon S, également appelé « swirl number » en anglais, définit le rapport entre les flux de quantités de mouvement tangentiels et axiaux. Il peut être défini par l’équation suivante : [38] [Math. 9] ^^ ^ ^^^^^ où U et W sont respectivement les composantes axiales et tangentielles de la vitesse moyenne de l’écoulement, r une distance définissant une coordonnée radiale, et Re est le rayon de la conduite de mélange. Ce nombre de tourbillon S est approximé par la formule S = 2/3 tan ψ. [40] L’augmentation du nombre de tourbillon S permet de réduire la hauteur de la flamme 15 et d’accroître l’ouverture de la flamme 15. Une ouverture de flamme large permet de limiter le nombre d’injecteurs du brûleur 1, tout en permettant un chauffage homogène dans la chambre de combustion. [41] L’élément de déflexion angulaire 15 peut être formé par une bague agencée de manière coaxiale à la direction principale d’écoulement. La bague peut être amovible. La bague peut comprendre une conduite adaptée pour introduire un écoulement tourbillonnant de combustible et/ou de comburant dans la conduite de mélange avec un angle de déflexion angulaire ψ, dont la valeur peut être comprise entre 10° et 80°, notamment entre 20° et 70°, encore préférentiellement entre 30° et 60°, encore préférentiellement entre 40° et 50°. Ainsi, il est possible de maximiser le mélange entre le combustible et le comburant avant leur introduction dans la chambre de combustion 3. Cela permet de stabiliser la combustion dans la chambre de combustion. Plusieurs déflecteurs peuvent être agencés dans la conduite de mélange. [42] L’injecteur 6 peut comprendre une première entrée fluidique adaptée pour un combustible comprenant du dihydrogène. La première entrée fluidique peut être formée par un ou plusieurs matériaux imperméable à l’hydrogène. Géométrie et forme de la chambre de combustion [43] La chambre de combustion 3 est formée par plusieurs parois distinctes. Typiquement, la chambre de combustion peut comprendre une paroi distale 7, une paroi proximale 10, une paroi supérieure 25 et une paroi de sortie 11. La paroi distale 7 peut être de révolution par rapport à l’axe principale 5. La paroi distale 7 peut être cylindrique ou tronconique. La paroi proximale 10 peut être de révolution par rapport à l’axe principale 5. La paroi proximale 10 peut être cylindrique ou tronconique. La paroi supérieure 25 relie une extrémité de la paroi proximale 10 et une extrémité de la paroi distale 7. La paroi supérieure 25 peut être plane. Elle peut être de révolution par rapport à l’axe principal 5 et orthogonale à l’axe principal 5. La paroi de sortie 11 relie une autre extrémité de la paroi proximale 10 et une autre extrémité de la paroi distale 7. La paroi de sortie 11 peut être plane. Elle peut être de révolution par rapport à l’axe principal 5 et orthogonale à l’axe principal 5. La paroi de sortie 11 peut comprendre deux parties, l’une proximale et l’autre distale, les deux parties étant séparées par une extrémité de la tuyère 4. [44] Les injecteurs 6 peuvent être répartis autour de la paroi distale 7. Chaque injecteur 6 peut être adapté pour injecter le mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion 3 par une deuxième entrée fluidique 8 formée dans la paroi distale 7. Ainsi, le volume de la chambre de combustion susceptible d’être occupé par une flamme 15 lors d’une combustion est maximisé tout en permettant de minimiser le diamètre du brûleur 1. [45] La paroi distale 7 peut présenter une première hauteur h mesurée entre deux extrémités de la paroi distale 7 par rapport à l’axe principal 5. La hauteur h peut être mesurée entre la paroi de sortie 11 et entre la paroi supérieure 25. Chaque deuxième entrée fluidique 8 peut être agencée à une distance comprise entre un tiers de la première hauteur h et deux tiers de la première hauteur h à partir de l’une des extrémités de la paroi distale 7 par rapport à l’axe principal 5, et préférentiellement agencée à une distance comprise entre 2/5 de la première hauteur h et 3/5 de la première hauteur h à partir de l’une des extrémités de la paroi distale 7 par rapport l’axe principal 5. Ainsi, comme illustré par la figure 5, une flamme 15 générée depuis un injecteur 6 dans la chambre de combustion 3 peut être stabilisée à la fois par une recirculation gazeuse entre la flamme 15 et la paroi supérieure 25 et à la fois par une recirculation gazeuse entre la flamme 15 et la paroi de sortie 11. Les deux recirculations entraînent des contraintes du même ordre de grandeur sur la flamme 15, ce qui la stabilise. [46] En référence à la figure 5, chaque injecteur 6 peut être agencé pour permettre une injection du combustible et du comburant dans la chambre de combustion 3 selon une direction moyenne 9 orthogonale à la paroi distale 7. Ainsi, il est possible d’augmenter au maximum l’angle formé par la flamme 15 à la sortie de la deuxième entrée fluidique 8 sans que la flamme 5 ne soit en contact avec l’une des parois, par exemple la paroi de sortie 11 et/ou la paroi supérieure 25. Un tel contact entraînerait une diminution du rendement du brûleur 1, du fait d’un transfert thermique accru à l’endroit du contact entre la paroi et la flamme 15. [47] En référence à la figure 1, à la figure 2 et à la figure 3, la chambre de combustion 3 comprend une paroi de sortie 11 des produits de combustion. La paroi de sortie 11 est définie entre la paroi distale 7 et la paroi proximale 10. Des extrémités de la tuyère 4 peuvent être entourées par la paroi de sortie 11 dans une direction distale 12 et dans une direction proximale 13 par rapport à l’axe principal 5. Ainsi, il est possible d’éviter qu’une zone morte de recirculation des gaz éjectés hors de la chambre de combustion ne se crée dans la tuyère 4. Cela permet d’homogénéiser la température et/ou la quantité de mouvement des gaz expulsés en sortie de la tuyère 4 dans le temps et également dans l’espace selon une révolution autour de l’axe principal 5. Détection optique de la flamme 15 [48] La détection de flamme à l'intérieur d'un brûleur est importante pour la sécurité de l’installation. Un détecteur de flamme permet de détecter la présence ou l'absence d'une flamme 15, ce qui permet une réponse immédiate en cas de défaillance ou de dysfonctionnement de la flamme 15. [49] En référence à la figure 3, le brûleur 1 peut comprendre un détecteur 14 de flamme 15. Le détecteur 14 comprend un capteur configuré pour détecter un rayonnement lumineux et/ou un rayonnement ionisant émis en direction du capteur. Le brûleur 1 peut comprendre un passage 16. Le passage peut comprendre un ajour 17 formé dans l’une des parois de la chambre de combustion 3. [50] La première entrée fluidique peut être adaptée pour un combustible comprenant du dihydrogène. Le détecteur 14 peut alors comprendre un capteur optique adapté pour mesurer une intensité de rayons lumineux ultraviolets. Ainsi, une flamme 15 formée par une combustion du dihydrogène peut être détectée. La capteur peut être une photodiode ou un phototube. [51] En référence à la figure 3, le passage 16 peut être agencé de sorte qu’un rayonnement lumineux et/ou un rayonnement ionisant émis par la flamme 15 puisse traverser le passage 16. [52] Le passage 16 peut déboucher dans la chambre de combustion 3 par une partie de la paroi proximale située entre l’injecteur 6 et la paroi de sortie 11 et/ou par la paroi de sortie 11. Ainsi, il est possible de minimiser le risque de fuite de combustible dans la chambre de combustion 3, ce qui est important lors de l’utilisation de dihydrogène comme combustible. [53] En référence à la figure 4, le brûleur 1 peut comprendre un miroir 24. Le miroir 24 peut être agencé à l’extérieur de la chambre de combustion en sortie du passage 16. Le miroir 24 peut être agencé de sorte à aligner optiquement une flamme générée dans la chambre de combustion 3 et le détecteur 14. Ainsi, il est possible de diminuer l’espace occupé par le brûleur 1 selon une direction radiale. Ceci peut s’avérer nécessaire lors de l’utilisation de dihydrogène comme combustible, notamment lors ce que le brûleur 1 est entouré d’une couronne de distribution du comburant et/ou du combustible. Utilisation du dihydrogène comme combustible [54] La première entrée fluidique peut être configurée pour recevoir un premier fluide à un premier débit. Le premier fluide peut comprendre un combustible, le combustible comprenant du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide étant supérieure à 0,05, notamment supérieure à 0,15, notamment supérieure à 0,2 et de préférence supérieure à 0,5. Le combustible peut également comprendre au moins un composé organique. Le ou les composé(s) organique(s) peuvent être choisis parmi du méthane, du biogaz, du propane et du gaz de pétrole liquéfié. Le combustible peut comprendre un mélange du ou des composé(s) organique(s) et de dihydrogène, et de préférence un mélange de méthane et de dihydrogène. [55] La première entrée fluidique est reliée fluidiquement à la chambre de combustion 3 par les injecteurs 6. [56] Le brûleur 1 peut également comprendre une troisième entrée fluidique. La troisième entrée fluidique est configurée pour recevoir un deuxième fluide à un deuxième débit, le deuxième fluide présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10. Le deuxième fluide 10 peut être de l’air. La troisième entrée fluidique est reliée fluidiquement à la chambre de combustion 3 par les injecteurs 6. [57] Le combustible peut comprendre du méthane et du dihydrogène. Une réaction de combustion stœchiométrique d’un mélange comprenant du méthane et du dihydrogène avec de l’air peut être modélisée par l’équation suivante : [58] [Math 1] [59] ^^^ + ^^ ^ + ^^^^ ^ ^^ + 3.76 ^ ^ → ^^ + ^2 + ^^ ^^^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^^^ + 3.76 ^ ^ ^ ^^ dans laquelle a est égal au nombre de moles de dihydrogène. [60] Une réaction de combustion en excès d’air d’un mélange comprenant du méthane et du dihydrogène avec de l’air peut être modélisée par l’équation suivante : [61] [Math 2] [62] ^^^^ + ^^^^ + ^^^^ ^ ^ "^^^ + 3.76 ^^^ → ^^^ + ^2 + ^^^ ^^^ ^^ + 3.76" ^ ^ ^ ^^ + ^^^^ ^ ^ ^" − 1^^^ où λ est le rapport d’air qui est défini par l’équation suivante : [63] [Math 3] & '(^)* où ϕ est la richesse, AFR est le dosage, également appelé en anglais air fuel ratio, et AFRst est le dosage idéal, également appelé dosage stœchiométrique ou en anglais stoichiometric air fuel ratio. [65] Le dosage AFR peut être défini par l’équation suivante : [66] [Math 4] 8090*0:; ∗< /01 ∗7/01 [68] où est le débit massique d’air introduit dans la chambre de est le débit massique de méthane introduit dans la chambre de combustion, ṁB^ est le débit massique de dihydrogène introduit dans la chambre de combustion, C'@^ est la densité de l’air lors de son introduction dans la chambre de combustion, D'@^ est le débit d’air lors de son introduction dans la chambre de combustion, CAB4 est la densité de méthane lors de son introduction dans la chambre de combustion, DAB4 est le débit du méthane lors de son introduction dans la chambre de combustion, CB^ est la densité de dihydrogène lors de son introduction dans la chambre de combustion, DB^ est le débit du dihydrogène lors de son introduction dans la chambre de combustion, E@F@G@^H est la pression d’air en entrée de la chambre de combustion 4, R est la constante universelle des gaz parfaits, I@F@G@^H est la température en entrée de la chambre de combustion 4, J'@^ est la masse molaire de l’air, JAB4 est la masse molaire du méthane et JB^ est la masse molaire du dihydrogène. [69] Le dosage idéal AFRst peut être défini par l’équation suivante : [70] [Math 5] )* 4 ^ )* ^ [72] où UV^ est la quantité de dioxygène introduite dans la chambre de combustion 3, UW^ est la quantité d’azote introduite dans la chambre de combustion 3, UAB4 est la quantité de méthane introduite dans la chambre de combustion 3 et UB^ est la quantité de dihydrogène introduite dans la chambre de combustion 3. [73] Ainsi, l’équation générale de la combustion comprenant du méthane et du dihydrogène comme combustibles peut être définie par la formule suivante : [74] [Math 6] [75] [76] Ainsi, pour connaître la composition des produits de la combustion, il est nécessaire de connaître trois paramètres : la quantité de méthane introduite dans la chambre de combustion 3, la quantité de dihydrogène introduite dans la chambre de combustion 3 et λ. De plus, il est possible de calculer une température de flamme adiabatique et une température de lèvres de la tuyère 4 (en sortie du brûleur 1) à partir des équations précédentes en calculant les enthalpies molaires des produits et des réactifs de l’équation précédente. [77] Les filaments 21 sont étirés de sorte à former les fibres minérales 2 en appliquant une force aérodynamique entraînée par les composés expulsés de la chambre de combustion 3 sur les filaments 21 lors de la combustion. L’accélération de l’étirage entraîné par cette force aérodynamique contrôle le diamètre des fibres minérales 2. [78] L’étirage des filaments 21 est localement contrôlé par une densité surfacique jp de flux de quantité de mouvement aux lèvres 26 du brûleur 1. La densité surfacique jp est définie par l’équation suivante : [79] [Math 7] [80] [81] où MB est un flux massique de quantité de mouvement et où S est une section au travers de laquelle les composés contenus dans la chambre de combustion 3 sont évacués par la tuyère en dehors du brûleur 1 suite à la combustion. La tuyère 4 relie la chambre de combustion 3 à l’extérieur du brûleur 1. Une extrémité de la tuyère 4 forme deux lèvres 26 définissant une section au travers de laquelle les composés contenus dans la chambre de combustion 3 sont évacués en dehors du brûleur 1 suite à la combustion. La section S est définie par les lèvres 26 du brûleur. [82] En référence à la figure 6, le flux massique MB de quantité de mouvement diminue pour une proportion en dihydrogène qui augmente lors d’une combustion déterminée par une richesse ϕ constante. La courbe (a) illustre le flux massique MB en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant uniquement du méthane, pour une richesse ϕ égale à 0,69. La courbe (b) illustre le flux massique MB en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant 90 % de méthane et 10 % de dihydrogène, pour une richesse ϕ égale à 0,69. La courbe (c) illustre le flux massique MB en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant 80 % de méthane et 20 % de dihydrogène, pour une richesse ϕ égale à 0,69. La courbe (d) illustre le flux massique MB en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant 70 % de méthane et 30 % de dihydrogène, pour une richesse ϕ égale à 0,69. La courbe (e) illustre le flux massique MB en fonction du débit total de combustible, le combustible comprenant uniquement du dihydrogène, pour une richesse ϕ égale à 0,69. [83] Le flux massique MB de quantité de mouvement est défini par l’équation suivante : [84] [Math 8] [85] JX = DX. YX = EX. ^ [86] où QB est le débit massique de composés évacués en dehors du brûleur 1, UB est la vitesse des composés évacués en dehors du brûleur 1 et PB est la pression dans la chambre de combustion 3. [87] Ainsi, la pression PB dans la chambre de combustion 4 permet de contrôler l’étirage des filaments 21 de sorte que les fibres minérales 2 formées présentent des caractéristiques d’isolation thermique et/ou acoustique. De préférence, la pression PB dans la chambre de combustion 3 est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm). Ainsi, il est possible de fabriquer des fibres minérales 2 présentant un micronaire compris entre 3 L/min et 24 L/min, notamment entre 6 L/min et 20 L/min en utilisant au moins en partie du dihydrogène comme combustible. La vitesse de rotation de l’assiette peut être supérieure à 2000 tr/m. La tirée de fibre par l’assiette peut être inférieure à 1 kg par jour et par orifice de l’assiette, et notamment inférieur à 0,6 kg par jour et par orifice de l’assiette. [88] La pression PB dans la chambre de combustion 3 peut être déterminée par la géométrie de la chambre de combustion 3, la géométrie de la tuyère 4, le premier débit, le deuxième débit, une composition du premier fluide et une composition du deuxième fluide. La réaction de combustion peut être maintenue dans la chambre de combustion 3 en introduisant un débit massique de méthane égal à 9,96 kg/h, un débit massique de dihydrogène égal à 0,75 kg/h, la fraction volumique du dihydrogène dans le premier combustible étant ainsi de 0,07, et un débit massique du deuxième fluide constitué d’air égal à 285 kg/h. La réaction de combustion décrite précédemment permet de soumettre à l’assiette un flux massique MB égal à 18.9 Kg.m/s2 en contrôlant une pression PB dans la chambre de combustion 3 égale à 6002 Pa (612 mm CE). [89] L’installation 18 peut comprendre une unité de contrôle. L’unité de contrôle peut être configurée pour contrôler le premier débit de premier fluide 22 et le deuxième débit de deuxième fluide 23 de sorte que la pression PB dans la chambre de combustion est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE), notamment entre 4413 Pa (450 mm CE) et 7355 Pa (750 mm CE) et préférentiellement entre 5394 Pa (550 mm CE) et 6374 Pa (650 mm). Ainsi, l’installation permet de fabriquer des fibres minérales 2 présentant un micronaire compris entre 3 L/min et 24 L/min, notamment entre 6 L/min et 20 L/min en utilisant au moins en partie du dihydrogène comme combustible. La pression PB peut être calculée selon un modèle prédéterminé à partir du premier débit et du deuxième débit. La pression PB peut également être mesurée par un capteur de pression. Le capteur de pression peut être choisi parmi un tube de pitot et un capteur agencé sur les lèvres du brûleur configuré pour émettre un signal représentatif de la pression dans la chambre de combustion.

Claims

Revendications [Revendication 1] Brûleur (1) annulaire pour la fabrication de fibres minérales (2), comprenant une chambre de combustion (3) et une tuyère (4), la chambre de combustion (3) et la tuyère (4) présentant une symétrie de révolution par rapport à un axe principale (5), la tuyère (4) reliant fluidiquement la chambre de combustion (3) à l’extérieur du brûleur (1), le brûleur (1) comprenant des injecteurs (6), un nombre d’injecteurs (6) étant strictement supérieur à cinq, chaque injecteur (6) étant adapté pour injecter un mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion (3), les injecteurs (6) étant répartis autour de la chambre de combustion (3), la chambre de combustion (3) présentant un premier volume, le brûleur (1) étant caractérisé en ce que le rapport entre le premier volume et le nombre d’injecteurs (6) est compris entre 725 cm3 et 900 cm3. [Revendication 2] Brûleur (1) selon la revendication 1, dans lequel le premier volume est formé par une révolution d’une section autour de l’axe principal (5), une aire de la section étant comprise entre 130 cm2 et 155 cm2, préférentiellement entre 135 cm2 et 150 cm2. [Revendication 3] Brûleur (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le nombre d’injecteurs (6) est compris entre 5 et 35, préférentiellement entre 20 et 30. [Revendication 4] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier volume est compris entre 15 000 cm3 et 25 000 cm3, de préférence entre 18000 cm3 et 20000 cm3. [Revendication 5] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque injecteur (6) est configuré pour mélanger le comburant et le combustible dans le brûleur (1). [Revendication 6] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque injecteur (6) comprend un déflecteur angulaire configuré pour générer un écoulement tourbillonnaire de comburant et/ou de combustible dans l’injecteur (6). [Revendication 7] Brûleur (1) selon l’une des revendications 5 à 6, dans lequel chaque injecteur (6) comprend une première entrée fluidique adaptée pour un combustible comprenant du dihydrogène. [Revendication 8] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la chambre de combustion (3) comprend une paroi distale (7) par rapport à l’axe principal (5), les injecteurs (6) étant répartis autour de la paroi distale (7) et chaque injecteur (6) étant adapté pour injecter le mélange de combustible et de comburant dans la chambre de combustion (3) par une deuxième entrée fluidique (8) formée dans la paroi distale (7). [Revendication 9] Brûleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel la paroi distale (7) présente une première hauteur h mesurée entre deux extrémités de la paroi distale (7) par rapport à l’axe principal (5), chaque deuxième entrée fluidique (8) étant agencée à une distance comprise entre un tiers de la première hauteur et deux tiers de la première hauteur à partir de l’une des extrémités de la paroi distale (7) par rapport à l’axe principal (5), et préférentiellement agencée à une distance comprise entre 2/5 de la première hauteur et 3/5 de la première hauteur à partir de l’une des extrémités de la paroi distale (7) par rapport l’axe principal (5). [Revendication 10] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel chaque injecteur (6) est agencé pour permettre une injection du combustible et du comburant dans la chambre de combustion (3) selon une direction moyenne (9) orthogonale à la paroi distale (7). [Revendication 11] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel la chambre de combustion (3) comprend une paroi distale (7) par rapport à l’axe principal (5), une paroi proximale (10) par rapport à l’axe principal (5), et une paroi de sortie (11) des produits de combustion définie entre la paroi distale (7) et la paroi proximale (10), des extrémités de la tuyère (4) étant entourées par la paroi de sortie (11) dans une direction distale (12) et dans une direction proximale (13) par rapport à l’axe principal (5). [Revendication 12] Brûleur (1) selon l’une des revendications 1 à 11, comprenant : - un détecteur (14) de flamme (15) comprenant un capteur configuré pour détecter un rayonnement lumineux et/ou un rayonnement ionisant émis en direction du capteur, - un passage (16) comprenant un ajour (17) formé dans l’une des parois de la chambre de combustion (3). [Revendication 13] Brûleur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le passage 16 débouche dans la chambre de combustion 3 par une partie de la paroi proximale située entre l’injecteur 6 et la paroi de sortie 11 et/ou par la paroi de sortie 11. [Revendication 14] Brûleur (1) selon l’une des revendications 12 à 13, comprenant un miroir (24) agencé à l’extérieur de la chambre de combustion en sortie du passage (16), le miroir étant agencé de sorte à aligner optiquement une flamme générée dans la chambre de combustion (3) et le détecteur (14). [Revendication 15] Installation (18) pour la production de fibres minérales (2) comprenant : - un brûleur (1) annulaire selon l’une des revendications 1 à 14, - une assiette (19) de fibrage présentant des orifices (20), adaptée pour recevoir un matériau minéral fondu, et adaptée pour former des filaments (21) du matériau minéral à partir des orifices (20) par centrifugation de l’assiette (19). [Revendication 16] Installation (18) selon la revendication précédente, dans laquelle le brûleur (1) comprend : - la première entrée fluidique, la première entrée fluidique étant configurée pour recevoir un premier fluide (22) à un premier débit, le premier fluide (22) comprenant un combustible, la première entrée fluidique étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion (3) par les injecteurs (6), et - une troisième entrée fluidique configurée pour recevoir un deuxième fluide (23) à un deuxième débit, le deuxième fluide (23) présentant une fraction volumique d’oxygène supérieure à 0,10, la troisième entrée fluidique étant reliée fluidiquement à la chambre de combustion (3) par les injecteurs (6), l’installation (18) comprenant une unité de contrôle configurée pour contrôler le premier débit de premier fluide et le deuxième débit de deuxième fluide de sorte que la pression PB dans la chambre de combustion est comprise entre 1961 Pa (200 mm CE) et 7845 Pa (800 mm CE). [Revendication 17] Installation (18) selon la revendication 16, dans laquelle le combustible du premier fluide (22) comprend du dihydrogène, une fraction volumique en dihydrogène dans le premier fluide (22) étant supérieure à 0,05.
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