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" PROCEDE ET APPAREIL POUR LA COMBUSTION DE L'HUILE"
La .présente invention a trait à un procédé et un appareil perfectionnés pour la combustion de l'huile.
Un procédé courant de combustion d'huile consiste à pulvériser l'huile en l'éjectant à partir d'un appareil d'alimentation d'nuile de telle sorte que des globules d'hui- le ténus soient projetésdans le foyer à travers son ouverture, sous forme d'un courant conique, creux allant en s'élargis- saut, pendant qu'un courant rotatif d'air passe à.travers
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ladite ouverture du foyer- sous' l'influence d'une différence de pression.
Dans une telle opération classique, le courant rotatif d'air se meut tangentiellement, par rapport à sa rotation, apres qu'il a traversé l'ouverture du foyer et, en avançant, s'élargit plus rapidement en section que le courant de globules d'huile. Il s'ensuit que la combustion de l'huile est relativement retardée par le temps nécessaire pour que les globules d'huile enlèvent du courant d'air animé d'un mouvement rapide l'oxygène essentiel pour la combustion, ce qui a pour effet de produire une flamme productrice de cha- leur dont l'étalemeut et la longueur sont relativement grands.
Le présent procédé permet d'obtenir une flamme plus conceurcée et plus chaude que celle qu'il est possible d'obtenir par les procédés antérieurs classiques et, en raison du taux plus élevé du transfert de chaleur par rayonne- ment, cette source concentrée de libération de chaleur à plus haute température produit des températures de foyer plus élevées que celles qu'il est possible d'obtenir, avec la même quantité d'huile, par les procédés de combustion d'huile habituels.
Dans le cas du procédé et de l'appareil conformes à l'invention, l'huile pulvérisée n'est pas projetée dans le foyer, comme dans les procédés habituels, et est au contraire d'abord convertie en vapeur d'huile enflammée, puis mélangée avec de l'air de combustion d'une maniere nouvelle, avant de pénétrer dans le foyer.
Plus particulièrement, des moyens sont prévus, conformément à l'invention, pour pulvériser 1'nulle, pour enflammer les globules d'huile pulvérisés et pour convertir ces globules en vapeur d'huile avant leur pénétration par l'ouverture du foyer, la vapeur d'huile enflammée étant con-
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trainte à pénétrer dans le courant d'air de combustion par l'action d'aspiration dudit courant et étant distribuée dans toutes les parties dudit courant d'air avant sa péné- tration dans le foyer, de telle sorte qu'on obtient un mélange d'air et de vapeur d'huile enflammée qui pénètre d'une ma- nière continue à l'intérieur du foyer.
Le mélange préalable de vapeur d'huile enflammée et d'air produis à l'intérieur du foyer une flamme relative- ment courte et plus concentrée que.celle qu'il est possible par les procédés habituals brûlant la même quantitéd'huile .
Par conséquent,. la présente invention permet de produire une flamme de libération de chaleur possédant une température plus élevée et qui, en transférant sa chaleur par rayonnement, produit une température plus élevée du foyer.
Le présent procédé de combustion à plus haute température est essentiellement plus économique que les pro- cédés de combustion d'huile habituels, ce qui confirme la loi fondamentale de Stefan-Boltzmann sur l'énergie rayonnée.
Conformément à cette loi, le taux de transfert d'énergie est proportionnel à la quatrieme puissance de la différence de température absolue.
Les économies qu'il a été possible de réaliser par le présent procédé ont été confirmées par des essais effec- tués indépendamment en vue de comparer les résultats obtenus à l'aide d'un générateur de vapeur aquatubulaire moderne pour installation de force motrice, pourvu de cnemises d'air et d'un appareil de combustion d'huile appliquant le procédé de travail classique.avec les résultats obtenus conformément à la présente invention. Ces opérations ont été effectuées au Chantier de Constructions Navales de Philadelbhie (Etats-Unis) par le personnel de cette entreprise, et les résultats sont mis en évidence dans le tableau donné ci-après, qui a été
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étanli à l'aide des données du rapport d'essai N.B.T.L. n 2680.
EMI4.1
<tb> probédé <SEP> de <SEP> combus- <SEP> procédé <SEP> du
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<tb> Essais <SEP> comparatifs <SEP> tion <SEP> d'huile <SEP> habi- <SEP> Demandeur
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<tb> tuel
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<tb> I. <SEP> 1 <SEP> neure <SEP> = <SEP> 1390 <SEP> kg <SEP> d'huile/heure
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<tb> CO2 <SEP> 14 <SEP> % <SEP> 12 <SEP> %
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<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> flamme
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<tb> (mesure <SEP> au <SEP> pyrometre <SEP> optique) <SEP> 1482 C <SEP> 1565 C
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<tb> II. <SEP> 1 <SEP> heure <SEP> = <SEP> 1110 <SEP> kg <SEP> d'huile/heure
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<tb> CO2
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<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> flamme
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<tb> (mesure <SEP> au <SEP> pyrometre <SEP> optique) <SEP> 1487 C. <SEP> 1637 C.
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III. <SEP> 1 <SEP> heure <SEP> = <SEP> 876 <SEP> kg <SEP> d'huile/heure
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<tb> CO2 <SEP> 12,9 <SEP> % <SEP> 14,5 <SEP> %
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<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> flamme
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<tb> (mesure <SEP> au <SEP> pyrometre <SEP> optique) <SEP> 1479 C <SEP> 1604 C.
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IV. <SEP> 1 <SEP> heure <SEP> = <SEP> 908 <SEP> kg <SEP> d'huile/heure
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<tb> CO2 <SEP> 13,8 <SEP> % <SEP> 14,7 <SEP> %
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<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> flamme
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<tb> (mesure <SEP> au <SEP> pyrometre <SEP> optique) <SEP> 1404 C <SEP> 1585 C
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<tb> V.
<SEP> 1 <SEP> heure <SEP> = <SEP> 336 <SEP> kg <SEP> d'huile/heure
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<tb> CO2 <SEP> 12,3 <SEP> % <SEP> 13,2 <SEP> %
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<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> flamme
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<tb> (mesure <SEP> au <SEP> pyrometre <SEP> optique) <SEP> 1273 C <SEP> 1385 C
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Cet essai comparatif démontre que non seulement les températures ootenues avec une quantité d'nuile donnée sont plus élevées par le présent procédé que par les procédés Habituels, mais aussi que cet avantage s'applique même lorsque le pour- centage de CO2 est plus faible, lorsqu'on travaille selon le présent procédé, que lorsqu'on travaille selon les procédés antérieurs.
Par exemple, dans l'essai I du tableau ci-dessus,
14 % de CO2 ont été produits par les procédés antérieurs et
12 % de CO2 ont été produits par le présent procédé ; cepen- dant, la température de flamme obtenue dans le présent procé- dé était 1565 C, alors qu'elle n'était que 1482 C dans le procédé habituel. Dans les cas où le pourcentage de CO2a été plus élevé en travaillant selon le présent procédé qu'en
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travaillant selon le procédé antérieur, la différence entre les températures de la flamme a été encore plus élevée en faveur du présent procédé.
Plus particulierement, l'invention a pour objet un procédé perfectionné de combustion d'huile selon lequel. l'huile est pulvérisée d'une maniere continue au cours de son introduction dans une chambre'qui est en même temps ali- mentée d'une quantité d'air juste suffisante pour effectuer 1.'allumage et la vaporisation -de l'huile pulvérisée. Cette chambre est située à l'extérieur de l'ouverture du foyer et occupe par'rapport à cette dernière, une position telle qu' elle constitue un conduis d'air annulaire entre la dite cham- @ bre et le devant du foyer, à l'extérieur de l'ouverture.
L'air de combustion est admis d'une maniere continue à ce' conduit à air avec un volume suffisant pour fournir tout l'air nécessaire pour la combustion de la vapeur d'huile, et le conduit à air recoit une forme telle, par rapport à l'orifice de sortie de ladite chambre, que le courant'd'air crée à l'intérieur et à la périphérie dudit orifice un vide partiel qui, avant l'entrée de la vapeur d'huile enflammée dans l'ouverture du foyer, aspire cette vapeur sous forme d'un courant annulaire et l'oblige à pénétrer dans le courant annulaire d'air de combustion arrivant de-l'orifice de sortie du conduit annulaire, de manière à effectuer un brassage préliminaire de la vapeur d'huile enflammée et de l'air de combustion avant leur pénétration dans l'ouverture du foyer, .de sorte que,
lorsque ce mélange enflammé pénètre dans le foyer, il se produit une combustion relativement instantanée, qui donne une flamme productrice de chaleur fortement @ concentrée.
Sur le dessin annexé qui montre plusieurs formes de réalisation de l'invention :
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Fig. 1 est une coups horizontale d'une première forme de réalisation.
Fig. 2 est une vue aLalogue d'une seconde forme de réalisation.
Sur la figure 1, 2 désire l'ouverture d'un foyer.
1'avant de cette ouverture est prévue une hotte 4 tournant sa cavité vers ladite ouverture. Cette hotte est fermée, à l'exception de son extrémité d'échappement et d'une série d'ouvertures 6 pratiquées dans sa paroi et par lesquelles pusse une quantité limitée d'air servant à l'allumage et à la vaporisation de l'huile. Cette hotte entoure la tuyère de pulvérisation d'huile 10, et sa capacité intérieureconstitue une chambre de pulvérisation, d'allumage et de vaporisation d'huile 8.
Un dispositif est prévu, comme indiqué en 12, pour permettre de rapprocher ou d'éloigner la hotte 4 de l'ouver- ture du foyer dans le but de régler la section du conduit annu- laire à air de combustion, 14,qui résulte de l'intervalle ménagé entre la hotte et le devant du foyer.
Il est prévu une pompe ordinaire, indiquée schéma- tiquement en 16, pour amener l'huile à la tuyère du brûleur, et l'allumage peut être effectué par l'un quelconque des pro- cédés habituels, par exemple à l'aide d'une flamme de gaz, d'électrodes 18, etc.
Dans la construction de la figure 1, le diamètre de l'extrémité intérieure de la hotte 4 et, par suite, celui de l'extrémité d'échappement de la chambre 8, est un peu plus grand que le diamètre de l'ouverture du foyer.
20 désigne une boîte à vent à laquelle de l'air de combustion est admis par un tirage - naturel ou forcé- et passe autour de la hotte 4 et à travers le conduit annulaire 14, entrel'extrémité de sortie de la chambre 8 et le devant du foyer.
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La. hotte 4 est placée, par rapport au devant du fo,er, de façon à constituer entreeux le conduit annulaire à air de combustion précité, afin que l'air de combustion passe sous forme d'un courant annulaire en travers de l'ex- trémité de la hotte 4 et pénètre directement dans l'ouver- ture du foyer pour créer derrière le bord de la hotte et autour de la périphérie de l'orifice de sortie de la chambre 8 un vide partiel suffisant pour aspirer le courant avançant de vapeur d'huile enflammée et l'obliger à se mouvoir vers l'extérieur et vers-le bord de la hotte, de manière à dis- tribuer ce courant de vapeur d'huile dans le courant d'air de combustion .
Dans la construction de la figure 1, le diamètre de l'extrémité de sortie de la hotte 4, ainsi qu'il a été mentionné plus haut, est un peu plus grand que le diamètre de l'ouverture 2 du foyer. Il est par conséquent évident que lorsque la hotte a été placée à un certain écartement du devant du foyer de manière à constituer le conduit annulaire 14 entre cette hotte et le devant du foyer, l'air de combus- tion est contraint à passer par ce conduit en travers du. bord de la hotte et à créer ainsi le vide partiel susmentionné à l'extrémité de sortie de la chambre 8, derrière le bord de la hotte, ce quel que soit le genre du tirage, naturel ou artificiel.
On modifie la position de la hotte 4 par rapport au devant du foyer de manière à régler la quantité d'air né- cessaire pour assurer une combustion complète de l'huile fournie. Par conséquent, cette position dépend de la diffé- rence entre les pressions.d'air régnant à l'extérieur et à l'intérieur du foyer, c'est-à-dire du tirage effectif dont on dispose.
Si l'on suppose, par exemple, que le diamètre de l'extrémité de sortie de la hotte estde 356 mm, que la chambre
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8 possède une profondeur de 102 mm et que le diamétre de l'ouverture du foyer est de 343 mm, il Faudra pour assurer une combustion complète sans dilution d'air dans ces conditions que la hotte soit espacée d'environ 22,2 mm de la face exté- rieure d u devant du foyer lorsqu'on brûle 680 kg d'huile combustible N 6 par heure avec une différence de pression d'air de combustion d'environ 381 mm de hauteur d'eau. me- sure que la quantité d'huile diminue, la différence de pres- sion d'air doit être diminuée pour maintenir le même rapport entre l'huile et'l'air, pour la même position de la hotte.
Dans la pratique, la hotte est réglée initialement pour le régime de travail donnant le maximum de rendement, après quoi on diminue la différence de pression proportionnellement à la diminution de la quantité d'huile fournie par unité de temps, sans modifier la position de la hotte. Toutefois, si l'on désire brûler la même.quantité d'huile avec une différen- ce de pression d'air moindre, il devient évidemment nécessaire d'augmenter l'intervalle entre la hotte et le devant du foyer de manière à assurer le même rapport entre l'huile et l'air.
Dans la construction de la figure 2, l'appareil est du même type, mais la hotte 4 possède un diamètre plus petit que l'ouverture du foyer. Dans ce cas, nn déplace la hotte vers l'avant, ainsi qu'on peut le voir par une comparaison avec la figure 1, pour obtenir la section requise pour le con- duit annulaire à air par lequel l'air de combustion pénètre directement à l'intérieur de l'ouverture du foyer.
Comme exemple pratique de la position qu'on peut donaer à la hotte lorsque celle-ci possède un diamètre plus petit que l'ouverture du foyer, on supposera que cette dernière possède un diamètre de 279,4 mm, que l'orifice de sortie de la hotte a 266,7 mm de diamètre et qu'on envisage de brûler 154 litres d'huile par heure avec une différence de pression d'air de 51 mm de hauteur d'eau. Dans ces conditions, l'inter-
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valle à ménager entre la hotte et le devant du foyer devra être tel qu'on obtienne en 22 un conduit à air annulaire de 127 mm delargeur.
Il ressort du dessin que, dans cette forme de réa- lisation de l'invention, la position donnée à la hotte 4 doit être telle qu'on obtienne le conduit annulaire à air sus- mentionné par lequel l'air de combustion admis à l'ouverture du foyer passe en travers du bord de la hotte de manière à produire au bord interne de cette dernière le vide partiel nécessaire 'pour aspirer la vapeur d'huile 'et l'obliger à péné- 'trer dans le courant d'air de combustion passant en travers du bord de l'orifice de sortie de la chambre 8, ainsi qu'il a été expliqué au sujet de la figure 1.
On voit par ce qui précède que l'invention offre un procédé et uh appareil nouveaux de combustion d'huile grâce auxquels l'huile est d'abord pulvérisée, les globules d'huile ténus résultants sont ensuite enflammés et convertis en vapeur d'huile à l'intérieur de la chambre 8, et cette vapeur d'huile est aspirée de manière à pénétrer dans le courant d'air de combustion par l'effet combiné de la pres- sion de pulvérisation d'huile et du vide partiel créé derrière l'extrémité de sortie de la chambre 8 par le courant annulai- re d'air de'combustion.
Comme résultat de cette opération, la valeur d'huile enflammée et l'air'de combustion sont sou- mis à un brassage préalable et, au moment où le mélange en- flammé de gaz pénètre dans le foyer,, on obtient une combus- . tion pour ainsi dire instantanée, qui produit une flamme productrice de chaleur extrêmement concentrée qui, par un transfert de chaleur rayonnante, produit à l'intérieur du foyer une température plus élevée que celle qui peut être ob- tenue par les procédés de combustion d'huile habituels en utilisant la même quantité d'huile.
-En fait, comme il ressort
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des essais dent les résultats ont été donnés dans le tableau, l'élévation de la température obtenue à l'intérieur du foyer par rapport à celle qu'on obtient avec la même quantité d'huile par les procédés antérieurs varie de 93,3 à 180 C.
Pour mettre encore enévidence lesavantages du pré- sent procédé de combustion sur les procédés classiques en con- firmation des faits signalés plus haut au sujet de la :Flamme productrice de chaleur extrêmement concentrée obtenue, par le présent procédé, on mentionnera que dans des essais compara- tifs réels de combustion effectués dans des générateurs de vapeur aquatubulaires destinés aux cargos type Liberty de la "U.S. L:aritime Commission", le présent procédé a permis d'obtenir régulièrement des flammes d'environ 2,3 m de lon- gueur et de 0,76 m de diamètre maximum, alors que celles ob- tenues par les procédés antérieurs avec la même quantité d'huile brûlée avaient approximativement 3,05 m de longueur et 1,27 m de diamètre.
Dans ces essais de service normal, la quantité horaire de chaleur libérée par dm3 de flamme dans le présent procédé était d'environ 3900 calories, alors.qu'elle n'était que de 975 calories dans les procédés de combustion d'huile antérieurs.