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Brûleur chauffé au gaz
L'invention concerneun brûleur chauffé au gaz comme ceux qui servent par exemple dans les fours à recuire, les fours à réchauffer, les fours à sole, etc. et dans lequel la combustion du fluide de chauffage (gaz et air) a lieu à l'intérieur de l'orifice du brûleur,, la transmission de la chaleur à la matière à chauffer ayant lieu principa- Gu/6
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le ment par rayonnement des parties fortement chauffées du brûleur.
Jusqu'ici de tels brûleurs étaient constitués par un bloc de matière réfractaire dans lequel était pra- tiqué un certain nombre de canaux de combustion en forme de tuyères auxquelles le mélange de gaz et d'air prêt à être utilisé est amené à travers des perforations étroites pratiquées dans le bloc. Ces brûleurs ont l'inconvénient que le mélange de gaz et d'air doit arriver aux perfora- tions à une grande vitesse pour éviter les retours de flamme et les explosions qui en sont la conséquence. Des pompes de refoulement particulières sont donc nécessaires pour produire cette grande vitesse.
Malgré cette précaution il n'est cependant pas toujours possible d'empêcher les retours de flamme et leurs conséquences désagréables lorsqu'il se produit de petites fluctuations de la pression on lorsque la composition du gaz varie, ou encore lorsque les conditions de température sont différentes.
Suivant l'invention il s'agit de faire un tel brûleur en matière réfractaire de façon à empêcher tout retour de flamme, ce qui permet de donner au fluide de chauffage une vitesse d'écoulement tout à fait quelconque sans craindre de risque de retour de flamme et d'adapter cette vitesse aux autres conditions de fonctionnement. On peut ainsi éviter l'utilisation d'une pompe de refoulement particulière pour obtenir une vitesse d'écoulement plus élevée, ou remplacer cette pompe par un simple ventilateur.
Suivant l'invention, ce résultat est obtenu par le fait que le brûleur est constitué par deux parties réfractaires dont l'une sert à faire arriver séparément les fluides de chauffage à l'autre partie dans laquelle ont lieu le mé-
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lange et la combustion des fluides de chauffage.Par suite de l'arrivée distincte du gaz et de l'air directement jusque dans la partie du brûleur qui sert à la combustion, les retours de flamme sont absolument impossibles, les courants distincts de fluide de chauffage n'étant pas combustibles eux-mêmes. En conséquence, on peut déterminer la vitesse d'écoulement des fluides de chauffage sans s'inquiéter d'aucune façon des retours de flamme; au contraire,on peut faire arriver les fluides de chauffage à la vitesse qui paraît pratique en tenant compte d'autres exigences du service.
On peut faire arriver le gaz par exemple de façon simple avec la pression de sa conduite, et l'air, avec une faible surpression produite par un ventilateur ou dispositif analogue ce qui simplifie sensiblement la fonctionnement du brûleur.
Un autre avantage de la construction du brûleur, conformément à l'invention, consiste en ce que les parties en métal des conduites d'arrivée, etc., conduites qui, dans les brûleurs construits comme jusqu'ici), souffraient beaucoup du rayonnement en retour de la chaleur et de la conduction de la chaleur, sont reportées à uns plus grande distance de celles des parties du brûleur qui se trouvent portées à une haute incandescence, ce qui fait qu'on évite des échauffements nuisibles.
Les deux parties réfractaires du brûleur, dont l'une ne sert qu'à faire arriver les fluides de chauffage, et l'autre à assurer le mélamnge et la combustion de ces fluides, sont montées, suivant l'invention, séparément et indépendamment l'une de l'autre. Ceci permet aux deux parties de se dilater proportionnellement aux températures
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très différentes qui y règaent, ce qui fait qu'aucune tension nuisible ne peut se produire dans les parties du brûleur.
Cette construction du brûleur en deux parties réfractaires, l'une pour l'arrivée, et l'autre pour le mélange et la combustion des fluides de chauffage, à encore l'avantage que la matière réfractaire dont se composent les deux parties peut être adaptée aux conditions da température en présence desquelles on se trouve dans le cas envisagé.La partie servant au mélange et à la combustion, partie qui est exposée aux plus grandes tem- pératures, peut être par exemple en matière très réfrac- taire, tandis que la partie servant à faire arriver les fluides, partie dont la température est plus basse, peut être en matière moins réfractaire et par conséquent moins coûteuse.
La partie du brûleur dans laquelle ont lieu le mélange et la combustion des fluides de chauffage prend rapidement une haute température après l'allumage du brûleur. Pour supprimer autant que possible..toute action nuisible des tensions qui se produisent lorsque le ohauf- fage a lieu rapidement, cette partie du brûleur est cons- tituée, suivant l'invention, par différentes plaques, juxtaposées, entre lesquelles sont pratiquées des fentes ou des canaux dans lesquels ont lieu le mélange et la combustion des fluides de chauffage.
En utilisant un nombre plus ou moins grand de ces plaques juxtaposées, on peut faire des brûleurs de longueur quelconque et en utilisant un nombre approprié
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de briques d'arrivée, on peut faire en sorte que du fluide de chauffage (gaz et air) soit amené à chaque fente entre deux plaques.
Pour que la distance des plaques entre elles et par conséquent la largeur des fentes de combustion, puisse être fixée, les plaques juxtaposée comportent des appen- dices latéraux. Chaque plaque peut comporter des appendices sur une face latérale ou sur les deux, ou bien on peut monter alternativement des plaques comportant des appen- dices sur les deux faces et des plaques sans appendice.
Pour assurer un bon mélange des fluides de chauffage , des chicanes provoquent un brassage du courant de fluide de chauffage sont montées suivant l'invention dans les fentes de combustion entre les plaques.Le choc du courant de fluide de chauffage non encore mélange ou imparfaitement mélangé sur ces chicanes produit un mélange intime des fluides de chauffage (air et gaz) mélange qui est une condition essentielle d'une bonne combustion éco- nomique.
Suivant les exigences du service des fours, il peut être utile de reporter la zone de combustion princi- pale en avant ou en arrière de l'orifice des brûleurs. Ce résultat peut être obtenu par le fait que la mélange ra- dical des fluides de chauffage a lieu plus ou moins tôt.
A cet effet, suivant l'invention, les chicanes sont montées leur position dans le sens de l'écoulement des fluides de façon qu'on puisse faire varier¯de chauffage'1 ou trans- versalement, par rapport à ce sens, ou simultanément dans les deux sens. Si les chicanes sont reportées d'une part plus loin de l'orifice du brûleur dans le sens d'écoule-
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ment des fluides de chauffage, la combustion principale a lieu, par rapport à l'orifice du brûleur, plus tôt que si les chicanes se trouvaient près de cet orifice. D'autre part, si les chicanes sont plus rapprochées les unes des autres transversalement par rapport au sens de l'écoule- ment des fluides de chauffage, il se produit un brassage plus énergique que si elles étaient plus écartées.
La déplacement des chicanes peut être assuré suivant l'invention par le fait que les chicanes sont fi- xées auplaques de façon facilement amovible,ces chicanes étant par exemple encastrées librement dans des évidements des plaques. Si ces évidements sont répartis sur toute la surface latérale des plaques, la position des chicanes à l'intérieur de la partie du brûleur assurant la combustion ou le mélange des fluides de chauffage peut être adaptée commodément aux exigences de chaque cas. Le déplacement peut naturellement aussi être rendu possible d'autre façon, par exemple par le fait que les chicanes sont montées coulissantes dans des fentes des plaques.
Lorsque les chicanes sont fixées amovibles sur les plaques, on a encore l'avantage de pouvoir les faire en une matière particulière résistant particulièrement bien h/chaleur. En outre les chicanes détériorées ou détruites peuvent toujours être remplacées facilement.
Le dispositif conforme à l'invention est parti- culièrement simple quant à sa construction et son utilisa- tion, lorsque les chicanes sont faites sous forme de gou- jons qu'on introduit dans des évidements correspondants ou des perforations correspondantes des plaques. Ces per-
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f orations sont de préférence un peu plus grandes que les dimensions des goujons, pour éviter des tensions nuisibles au moment de la dilatation.
Pour faciliter le montage des plaques munies des chicanes amovibles et constituait la partie du brûleur assu. rant la mélange et la combustion, et pour empïcher les chicanes de tomber pendant le montage, ces chicanes sont momentanément fixées aux plaques,suivant l'invention, au moyen d'un agglutinant qui brûle pendant le fonctionnement du brûleur.
Le dessin annexé montre à titre d'exemple un mode de réalisation du brûleur conforme à l'invention, appliqué au ciel suspendu d'un four;-
Fig. 1 est une coupe verticale d'une partie du ciel comportant le brûleur.
Fig. 2 est une coupe verticale par la ligne A-B de Fig. 1.
Fig. 3 est une coupe horizontale par la ligne C-D et
Fig. 4 une coupe horizontale par la ligne E-F de Fig. 1.
Dans le ciel suspendu représenté les briques de ciel 2 sont suspendues comme d'habitude à des poutrelles 1. Le brûleur est constitué par deux parties réfractaires 3,4, '-et suspendu entre les briques du ciel. La partie supérieure 3 sert à faire arriver le gaz et l'air à la partie inférieure 4 dans laquelle ont lieu le mélange et la combustion des deux fluides de chauffage.
Des canaux verticaux 6 pour l'arrivée du gaz et des canaux 7 pour l'arrivée de l'air de combustion sont pratiqués dans la partie supérieure 3 du brûleur qui
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s'appuie par des épaulements 5 sur les briques 2 du ciel.
Dans ces conditions un canal à gaz 6 se trouve par exemple entre deux canaux à air 7 dans le sens transversal du brûleur (Fig. 1). les canaux à gaz 6(Fig. 2) qui se suc- cèdent directement sur une seule ligne dans levons de la longueur du brûleur débouchent à la partie supérieure dans un canal de distribution 8 pratiqué dans le bloc réfractaire 3. Au-dessus de ce bloc se trouve une plaque 9 en matière réfractaire qui est recouverte d'une coiffe 10. Dans cette coiffe débouche la conduite 11 d'arrivée de l'air de com- bustion. Les canaux à air 7 communiquent avec la coiffe 10 par des ouvertures 12 pratiquées dans la plaque 9. Des con- duites 14 branchées sur la conduite de gaz 13 traversent la coiffe 10 et débouchent dans des ouvertures 15 de la plaque 9.
Ces ouvertures 15 se trouvent au-dessus des canaux de distribution 8.
Des plaques 17 (Fig. 4) qui s'appuient par des épaulements 18 sur les briques 2 du ciel sont montées au- dessous de la brique 3 du brûleur en laissant un joint de dilatation 16. A leurs extrémités les plaques comportent des tasseaux saillants 19 de façon à former des canaux 20 en forme de fentes lorsque les plaques 17 sont posées les unes à la suite des autres. Les canaux à gaz et à air 6,7 de la partie 3 du brûleur, canaux qui se trouvent dans une rangée, débouchent dans chacune de ces fentes 20 (Fig.2).
Les dimensions des fentes 20 sont déterminées par les tas- seaux saillants 19, la longueur des fentes dépendant de la distance des saillies entre elles et leur largeur dépendant de la hauteur des saillies,
Des perforations 21 réparties sur bute la surface
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des fentes 20 sont pratiquées dans les plaques 17 entre les saillies 19. Dans l'exemple représenté ces perforations cons- tituent quatre rangées décalées entre elles dans le sens de l'écoulement des fluides de chauffage (Fig.1).Des chicanes 22 en forme de goujons en matière réfractaire peuvent être introduites dans ces perforations.
L'air et le gaz arrivant par les canaux 6 et 7 se mélangent entre eux dans les fentes 20 et ne brûlent que dans celles-ci. Tout d'abord les chicanes 22 sont portées à une vive incandescence, aprèé quoi la partie inférieure des plaques 17 est également portée à l'incandescence à partir des parois des fentes 20.A 1000 C environ les flammes qui jusqu'ici sortaient des fentes disparaissent et on obtient une combustion sans flammes. Les plaques commencent à rayonner vivement et à transmettre de la chaleur à la matière contenue dans le four.
La chaleur transmise en arrière par la partie 4 du brûleur ne peut pas provoquer de retour de flamme, parce que le mélange explosif ne se forme qu'à l'intérieur des fentes 20. La conduite 13 d'arrivée du gaz peut aussi être branchée par exemple sur les conduites urbaines dont la pression suffit pour faire arriver le gaz à la partie 4 du brûleur. En outre il suffit de brancher la conduite 11 d'arrivée de l'air sur un ventilateur.
Un état d'équilibre s'établit pour une température plus ou moins haute des surfaces rayonnantes, suivant l'évacuation de la chaleur par la charge du four et la quantité de chaleur apportée par les fluides de chauffages, Cet état d'équilibre persiste sans variation appréciable lorsque le four est chargé au moyen de matière préalable-
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ment chauffée, les chicanes 22 étant alors montées de pré- férence à l'orifice par lequel le brûleur débouche dans le four, c'est-à-dire du côté de la sortie des fentes 20.
Toutefois, si le four est chargé au moyen de matière froide, il peut arriver que les chicanes 22 soient tellement for- tement refroidies que leur température ne suffise plus pour provoquer une combustion sans flamme. Dans ce cas les chicanes sont montées de préférence plus loin de l'orifice du brûleur, c'est-à-dire introduites, dans l'exemple re- présenté, dans les deux rangées supérieures de perforations 21. La zone de combustion principale se trouve ainsi dé- placée vers le haut.
Les chicanes peuvent aussi être montées sous forme de champignons sur les faces latérales des plaques 17 dont se compose la partie 4 du brûleur. Toutefois on perd ainsi l'avantage constitué par la possibilité de les déplacer; on risque en outre que les chicanes se fendent ou se séparent des plaques sous l'action d'un chauffage non uniforme.
Les brûleur conforme à l'invention convient non seulement bien pour des ciels suspendus, c'est-à-dire lorsque les fluides de chauffage circulent verticalement; il peut aussi être utilisé dans une position quelconque.
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Gas heated burner
The invention relates to a gas-heated burner such as those used for example in annealing ovens, reheating ovens, deck ovens, etc. and in which the combustion of the heating medium (gas and air) takes place inside the orifice of the burner, the transmission of heat to the material to be heated taking place mainly. Gu / 6
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ment by radiation of the strongly heated parts of the burner.
Hitherto such burners have consisted of a block of refractory material in which a number of combustion channels in the form of nozzles were made to which the mixture of gas and air ready for use is brought through perforations. narrow practiced in the block. These burners have the drawback that the mixture of gas and air must reach the perforations at a high speed in order to avoid flashbacks and the explosions which result therefrom. Special delivery pumps are therefore necessary to produce this high speed.
Despite this precaution, however, it is not always possible to prevent flashbacks and their unpleasant consequences when there are small fluctuations in pressure or when the composition of the gas varies, or when the temperature conditions are different. .
According to the invention, it is a question of making such a burner in refractory material so as to prevent any flashback, which makes it possible to give the heating fluid a completely arbitrary flow speed without fear of risk of backfire. flame and adapt this speed to other operating conditions. It is thus possible to avoid the use of a particular delivery pump to obtain a higher flow speed, or to replace this pump with a simple fan.
According to the invention, this result is obtained by the fact that the burner is constituted by two refractory parts, one of which serves to separately supply the heating fluids to the other part in which the heating takes place.
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mixing and combustion of the heating fluids Due to the separate inflow of gas and air directly into the part of the burner which is used for combustion, backfiring is absolutely impossible, the separate streams of heating itself not being combustible. As a result, one can determine the flow rate of the heating fluids without worrying about flashbacks in any way; on the contrary, the heating fluids can be made to arrive at the speed which appears practical, taking into account other service requirements.
The gas can be supplied, for example, in a simple manner with the pressure of its pipe, and the air, with a low overpressure produced by a fan or similar device, which substantially simplifies the operation of the burner.
Another advantage of the construction of the burner according to the invention is that the metal parts of the inlet pipes, etc., pipes which in burners constructed as hitherto suffered greatly from the radiation in return of heat and heat conduction, are transferred to a greater distance from those of the parts of the burner which are brought to a high incandescence, which avoids harmful heating.
The two refractory parts of the burner, one of which only serves to bring in the heating fluids, and the other to ensure the mixing and combustion of these fluids, are mounted, according to the invention, separately and independently. 'from each other. This allows both parts to expand in proportion to the temperatures.
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very different that exist there, so that no harmful voltage can occur in the parts of the burner.
This construction of the burner in two refractory parts, one for the inlet, and the other for the mixing and combustion of heating fluids, has the further advantage that the refractory material of which the two parts are composed can be adapted under the temperature conditions in the presence of which one finds oneself in the case considered. The part serving for the mixing and the combustion, the part which is exposed to the highest temperatures, can be for example made of very refractory material, while the part used to bring in the fluids, part with a lower temperature, can be made of less refractory material and therefore less expensive.
The part of the burner in which the mixing and combustion of the heating fluids takes place quickly takes on a high temperature after the burner is ignited. In order to eliminate as far as possible any harmful action of the tensions which occur when the heating takes place rapidly, this part of the burner is constituted, according to the invention, by different plates, juxtaposed, between which slots are made. or channels in which the mixing and combustion of the heating fluids take place.
By using a greater or lesser number of these juxtaposed plates, it is possible to make burners of any length and by using an appropriate number
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of inlet bricks, it is possible to ensure that heating fluid (gas and air) is supplied to each slot between two plates.
So that the distance between the plates and therefore the width of the combustion slots can be fixed, the juxtaposed plates have side appendages. Each plate may have appendages on one side face or on both, or alternatively, plates with appendages on both sides and plates without appendages can be mounted.
In order to ensure a good mixing of the heating fluids, baffles causing a stirring of the heating fluid stream are mounted according to the invention in the combustion slots between the plates. The shock of the heating fluid stream not yet mixed or imperfectly mixed on these baffles produces an intimate mixture of heating fluids (air and gas) mixture which is an essential condition for good economical combustion.
Depending on the furnace service requirements, it may be useful to shift the main combustion zone forward or backward of the burner orifice. This result can be obtained by the fact that the radical mixing of the heating fluids takes place more or less early.
To this end, according to the invention, the baffles are mounted in their position in the direction of the flow of fluids so that it is possible to vary heating ′ or transversely, with respect to this direction, or simultaneously in both ways. If the baffles are placed on the one hand farther from the burner orifice in the direction of flow -
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However, the main combustion takes place, relative to the burner orifice, earlier than if the baffles were near this orifice. On the other hand, if the baffles are closer to each other transversely to the direction of flow of the heating fluids, more vigorous stirring occurs than if they were further apart.
The movement of the baffles can be ensured according to the invention by the fact that the baffles are fixed to the plates in an easily removable manner, these baffles being for example freely embedded in the recesses of the plates. If these recesses are distributed over the entire lateral surface of the plates, the position of the baffles within the part of the burner ensuring the combustion or mixing of the heating fluids can be conveniently adapted to the requirements of each case. The movement can of course also be made possible in other ways, for example by the fact that the baffles are slidably mounted in slots in the plates.
When the baffles are removably attached to the plates, we still have the advantage of being able to make them out of a particular material which is particularly resistant to heat. In addition, damaged or destroyed baffles can always be replaced easily.
The device according to the invention is particularly simple as to its construction and its use, when the baffles are made in the form of studs which are introduced into corresponding recesses or corresponding perforations of the plates. These per-
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Formations are preferably a little larger than the dimensions of the studs, to avoid harmful stresses at the time of expansion.
To facilitate the assembly of the plates provided with removable baffles and constituted the part of the burner assu. rant mixing and combustion, and to prevent the baffles from falling during assembly, these baffles are momentarily fixed to the plates, according to the invention, by means of a binder which burns during operation of the burner.
The appended drawing shows by way of example an embodiment of the burner according to the invention, applied to the suspended ceiling of a furnace; -
Fig. 1 is a vertical section of a part of the sky including the burner.
Fig. 2 is a vertical section through the line A-B of FIG. 1.
Fig. 3 is a horizontal section through the line C-D and
Fig. 4 a horizontal section through the line E-F of FIG. 1.
In the suspended sky shown, the sky bricks 2 are suspended as usual from joists 1. The burner is made up of two refractory parts 3, 4, '- and suspended between the sky bricks. The upper part 3 serves to bring the gas and the air to the lower part 4 in which the mixing and combustion of the two heating fluids take place.
Vertical channels 6 for the gas inlet and channels 7 for the combustion air inlet are made in the upper part 3 of the burner which
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is supported by shoulders 5 on bricks 2 of the sky.
Under these conditions a gas channel 6 is located for example between two air channels 7 in the transverse direction of the burner (Fig. 1). the gas channels 6 (Fig. 2) which follow one another directly in a single line in the lengths of the burner open at the upper part into a distribution channel 8 made in the refractory block 3. Above this The block is a plate 9 made of refractory material which is covered with a cap 10. In this cap opens the conduit 11 for the combustion air inlet. The air channels 7 communicate with the cap 10 through openings 12 made in the plate 9. Ducts 14 connected to the gas pipe 13 pass through the cap 10 and open into openings 15 in the plate 9.
These openings 15 are located above the distribution channels 8.
Plates 17 (Fig. 4) which are supported by shoulders 18 on the bricks 2 of the sky are mounted below the brick 3 of the burner, leaving an expansion joint 16. At their ends the plates have projecting cleats. 19 so as to form channels 20 in the form of slots when the plates 17 are laid one after the other. The gas and air channels 6.7 of part 3 of the burner, channels which are located in a row, open into each of these slots 20 (Fig. 2).
The dimensions of the slits 20 are determined by the protruding buckets 19, the length of the slits depending on the distance of the projections between them and their width depending on the height of the projections,
21 perforations distributed over the abutment surface
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slots 20 are made in the plates 17 between the projections 19. In the example shown, these perforations constitute four rows offset from one another in the direction of the flow of the heating fluids (FIG. 1). studs made of refractory material can be introduced into these perforations.
The air and the gas arriving through the channels 6 and 7 mix with each other in the slots 20 and only burn there. First of all the baffles 22 are heated to a strong incandescence, after which the lower part of the plates 17 is also heated to the incandescence from the walls of the slots 20. At about 1000 C the flames which hitherto came out of the slots disappear and a combustion without flames is obtained. The plates begin to radiate brightly and transmit heat to the material in the oven.
The heat transmitted back by part 4 of the burner cannot cause a flashback, because the explosive mixture only forms inside the slots 20. The gas supply line 13 can also be connected. for example on urban pipes whose pressure is sufficient to bring the gas to part 4 of the burner. In addition, it suffices to connect the air inlet pipe 11 to a fan.
A state of equilibrium is established for a more or less high temperature of the radiating surfaces, according to the evacuation of the heat by the load of the furnace and the quantity of heat supplied by the heating fluids, This state of equilibrium persists without appreciable variation when the furnace is loaded with preliminary material
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heated, the baffles 22 then being preferably mounted at the orifice through which the burner opens into the oven, that is to say on the side of the outlet of the slots 20.
However, if the furnace is loaded with cold material, it may happen that the baffles 22 are so strongly cooled that their temperature is no longer sufficient to cause flameless combustion. In this case, the baffles are preferably mounted further from the burner orifice, that is to say introduced, in the example shown, in the two upper rows of perforations 21. The main combustion zone is thus found displaced upwards.
The baffles can also be mounted in the form of mushrooms on the side faces of the plates 17 of which part 4 of the burner is made. However, the advantage constituted by the possibility of moving them is thus lost; there is also a risk that the baffles will split or separate from the plates under the action of non-uniform heating.
The burner according to the invention is not only suitable for suspended skies, that is to say when the heating fluids circulate vertically; it can also be used in any position.
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