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" 3xûleur à tube at#r:.is6W:-. "
La présente invention concerne un procédé de chauffage des fours industriels et un appareil utilisé pour mettre en oeuvre ledit procédé. Plus particulièrement la présente inven- tion concerne un procédé permettant de fournir un 'courant ato- misé, préablement chauffé d'un combustible liquide convenant pour le chauffage de fours industriels.
Le combustible liquide utilisé pour le chauffage des fours tel que les fours à sole, est habituellement atomisé par un gaz chaud sous pression avant d'être brûlé. Attendu que la vapeur d'eau est facilement disponible, elle a été couramment utilisée.
On a essayé d'autres gaz comprimés tel que l'air, un gaz natu- rel, un gaz de four à coke et de hauts fourneaux avec des degrés; relatifs de succès.
L'atomisation.par la vapeur d'eau, tout en offrant cer- ;' tains avantages pratiques, présente certains inconvénients très importants qui sont attribués principalement à l'absorption de la chaleur sensible par la vapeur d'eau et à la perte de chaleur due à la dissociation chimique à la température élevée d'une partie de la vapeur d'eau. Ces pertes associées à l'uti- lisation de la vapeur d'eau ont tendance à diminuer la tempéra-
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ture maximum de la fiasse et par suite le rayonnement thermi- que au bain ou à la masse fondue.
Suivant la présente invention, un procédé permettant de consiste fournir un courant atomise, prealelement chauffe, de combustible à former un mélange de combustible pri...aire et d'un oxydent, brûler le mélange dans une zone de combustion, à évacuer les produits chauds de la combustion à travers un étranglement pour augmenter leur vitesse au-dessus de la vitesse de propa- gation de la flamme, à faire passer les produits d'évacuation de combustion chauds, à une vitesse supérieure à 0,5 mach, dans une zone de traitement dans laquelle un courant de com- bustible principal est injecté, à chauffer préablement et à finement pulvériser ce courant de combustible et à évacuer le courant finement pulvérisé préablement chaullé.
Dans l'appareil de la présente invention, la vitesse des produits de combustion chauds passant de lazone de combustion dans la zone d'atomisation est supérieure 1. la vitesse de pro- pagation de la flamme. On obtient cette action en nrévoyant un étranglement entre la chambre de combustion, qui présente un plus grand diamètres, et la zone de traitement, qui présente un plus petit diamètre.
D'autres buts consistent à améliorer le mélange du com- bustible primaire et de l'oxydant afin qu'il ne pénètre dans la chambre de combustion,, à fournir un centre riche en combus- tible au voisinage de la face du mélangeur à atomiser partiel- lement et mécaniquement le combustible liquide principal avant qu'il ne soit traité par les produits de combustion cnauds, et à améliorer le refroidissement du brûleur, en particulier de l'étranglement. Dans ce but,on prévoit un mélangeur facilement amovible,-présentant des trous multiples ayant des orifices restreints dans l'entrée de l'oxydant en avant de l'entrée du combustible.
Une entrée pour un combustible non mélangé est prévue au centre du groupe, le combustible liquide est injecté sous la forme de pulvérisation transversale en forme d'éventail à partir d'ajutages elliptiques situés dans la zone d'atomisa-
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tion, et une chemise d'eau ayant une surface de section trans- versale constante entoure toute la longueur du brûleur.
Sur les dessins :
La figure 1 est une vue schématique d'un four à sole,le brûleur étant en fonctionnement, et montre des conduites d'ali- mentation du système de fluide.
La figure 2 est une coupe longitudinale à travers un brûleur à tube atomiseur suivant la présente invention et des- tiné à mettre en oeuvre son procédé.
La figure 3 est une vue de face du mélangeur amovible ; et
La figure 4 est une coupe partielle du mélangeur amovible suivant la ligne A-A de la figure 3.
Le brûleur représenté sur la figure 2 présente une cham- bre de combustion qui est construite pour la combustion sensi- blement complète de 1415 m3 nar heure d'air et de 141,5 m par heure de gaz naturel, qui sont brûlés dans les proportions ré- glées de 10 parties d'air pour une partie de gaz. Dans ce cas particulier la chambre de combustion présente un diamètre de 143 mm et une longueur de 237 mm. L'air et le gaz naturel sont mélangés dans un mélangeur amovible enfilé dans la partie posté- rieure de la chambre de combustion. Les divers passages sont conçus pour assurer une chute de charge minimum de 0,35 kg/cm2 pour le débit donné.
Le cylindre ou tube atomiseur du brûleur est construit à l'aide d'un tube ayant un diamètre¯interne de 53,375 mm, et une longueur de 236,25 mm. Dans les conditions de débit ci- dessus et avec ce diamètre de cylindre particulier, la vitesse des produits de combustion chauds dans le cylindre est une vitesse sonique, supérieure à 0,5 Mach.
Le brûleur représenté sur la figure 2 comprend un boîtier allongé entourant une chambre de combustion 17 de diamètre @e- lativement grand une gorge ou section d'étranglement 18 et un tube atomiseur 20 de plus petit diamètre. Un mélangeur de com- bustible 3, représenté en détail sur les figures 3 et 4, est en-
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filé dans la partie postérieure de la chambre 17.
Le mélangeur de combustible 3 est de construction entiè- rement soudée, présentant un passage d'admission axial 5 du combustible et ayant des passages radiaux 7 pour le combustible qui le déchargent dans des orifices 9 de gaz mixte. L'oxydant est introduit dans le mélangeur 3 par une conduite 11 et un collecteur 13. Ce dernier consiste en une chambre annulaire excentrique disposée de façon que sa paroi inférieure soit presque de niveau avec l'orifice de gaz mixte le plus bas. Le but de cette excentricité est d'empêcher l'accumulation du .combustible liquide dans l'espace annulaire. Ceci empêche une obstruction et une cokéfaction du mélangeur 3 attendu que le combustible liquide s'accumule dans l'espace annulaire chaque fois que le combustible est admis et que le jet est interrompu.
A l'extrémité d'entrée de l'oxydant, des orifices de gaz mixte 9, se trouve un orifice de plus petit diamètre 15. Une chute de pression minimum est nécessaire à travers les orifi- ces de gaz mixte 9 pour empêcher une combustion à turbulence brutale. Si l'accumulation de vibration est suffisamment grande la combustion à l'intérieur de la chambre 17 s'éteint. Des essais indiquent qu'une chute de pression de 0,35 kg/cm2 est avantageuse pour obtenir une stabilité d'écoulement et de flamme.
Le passage axial 5 se termine par l'orifice coaxial de plus petit diamètre 19. Pendant le fonctionnement, la flamme de gaz mixte de l'oxydant et du combustible brûle à une dis- tance importante de la face du mélangeur 3. Le rôle de l'ori- fice 19 est de fournir un centre riche en combustible au voi- sinage immédiat de la face du mélangeur 3. On a constaté que ce centre riche en combustible aide à stabiliser la flamme et augmente les limites du rapport de l'oxydant au combustible.
Les figures 3 et 4 représentant das détails de construc- tion du mélangeur du combustible de la forme de réalisation préférée. Les seize orifices 9 sont agencés de façon que douze
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d'entre eux soient également espacés de 30 sur un anneau externe et quatre scient espacés de façon alternée de 15 et de 45 au-dessus et au-dessous de l'horizontale dans un cercle interne. Cet agencement fournit une flamme stable et permet le fonctionnement avec une gamme très étendue de rap- 'port de l'oxydant au combustible. La limite riche en combusti- ble est de 5 : 1 et la limite riche en oxydant est de 20 : 1.
Four empêcher le surchauffage, on refroidit à l'eau le mélangeur 3. L'eau, de refroidissement pénètre dans une cham- bre annulaire 23 par un passage d'admission 21, circule dans le sens dextrorsum à travers la chambre et sort par le passage d'évacuation 25. Une chicane 41 est 'disposée dans la chambre annulaire entre le pas.:age d'admission et le passage d'éva- cuation.
On admet un oxydant tel que de l'air et un combustible primaire tel qu'un gaz naturel ou un. Gaz de four à coke dans la chambre de combustible 17 où a lieu l'allumage et la com- bustion de l'air et du Gaz mélangés dans les orifices de flam- me 9. La section d'étranglement 18, immédiatement après la chambre de combustion 17 fournit un noyen permettant de main- tenir la flapie du jet dans la chaire de combustion, attendu que la vitesse de sortie est supérieure à la vitesse de pro- pagation de la flamme à base d'air'et de gaz. La nécessité d'une section étranglée augmente à mesure que la teneur en oxygène de l'oxydant diminue.
Le combustible principal à traiter, tel que des hydro- carbures liquides est introduit dans le brûleur par une con- duite 29 à partir de laquelle il passe dans un collecteur 31 puis dans un ou plusieurs ajutages de pulvérisation elliptiques 27 disposés dans le tube atomiseur 20. Cet orifice type dif- fuse le combustible en une pulvérisation transversale en force d'éventail. Le jet d'atomisation vient frapper une plus grande surface de matière, de sorte que l'efficacité d'atomisation est améliorée.
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Les produits chauds de combustion sortant de la Ci.3!::0:::-0 de combustion à unetemperature élevée par la section @@@- glée 18 et viennent au contact de la matière d'atomisation pulvérisée à partir des orifices 27 à une vitesse sonique ou proche de cette dernière, et lui communiquent une vitesse longitudinale.
On fait circuler de l'eau de refroidissement à travers la chemise d'eau s'étendant le long du côté externe de la chambre de combustion 17de l'étranglement 18 et du tube atomiseur 20. L'eau, de refroidissement passe d'une entrée 38 débouchant dans une chambre annulaire 40 entourant le mélan- geur 3, puis à travers la chemise d'eau 32 et dans une cham- bre annulaire 34, entourant l'extrémité de sortie du tube 20, et sort par le tube d'évacuation d'eau 36. 11.300 litres d'eau par heure sous une pression de 1,54 kg/cm2 sont nécessaires en raison des températures élevées qui règnent dans la chambre de combustion 17 du brûleur à jet et également dans l'étran- glement 18.
On remarquera que la distance radiale comprise entre les parois interne et externe de la chemise d'eau est supé- rieure dans la région du tube 20 que dans la région de la plue; grande chambre de combustion 17. Ceci est nécessaire pour fournir une surface de section transversale constante dans l'ensemble de la chemise d'eau, de façon à garantir un refroi- dissement rapide de l'étranglement 18 ainsi que de la chambre de combustion 17. En outre, le refroidissement efficace du tube 20 refroidit également le collecteur de matière d'atomi- sation 31 et empêche un dépôt de carbone p5.r la combustion du combustible.