WO2007012755A1 - Method and installation for unsupported lean fuel gas combustion, using a burner and related burner - Google Patents

Method and installation for unsupported lean fuel gas combustion, using a burner and related burner Download PDF

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WO2007012755A1
WO2007012755A1 PCT/FR2006/001821 FR2006001821W WO2007012755A1 WO 2007012755 A1 WO2007012755 A1 WO 2007012755A1 FR 2006001821 W FR2006001821 W FR 2006001821W WO 2007012755 A1 WO2007012755 A1 WO 2007012755A1
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premix
combustion
burner
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PCT/FR2006/001821
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Jean-Claude Dieuloufet
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Optimise
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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    • F23C6/04Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
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    • F23D14/62Mixing devices; Mixing tubes
    • F23D14/64Mixing devices; Mixing tubes with injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/06043Burner staging, i.e. radially stratified flame core burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14002Special features of gas burners of premix or non premix types, specially adapted for the combustion of low heating value [LHV] gas

Definitions

  • the invention relates to a method for producing the combustion of a lean fuel gas without auxiliary support flame, by means of a burner comprising a combustion nose on a central axis, in which a mixture of combustible gas is created and of combustion air rotating around the central axis, in front of the combustion nose.
  • It also relates to a burner structure, in particular of high power, for the implementation of the method and any gas combustion installation using this burner.
  • the invention finds application, in particular, in the following different installations:
  • VOC volatile organic compounds
  • PCI lean gas low calorific gas
  • the burner according to the invention can nevertheless be used for richer gases or with support gases.
  • the poor or residual gas burners generally comprise different fuel fluid supply ducts at the nose of the burner, the ducts being configured, in particular in coaxial form, so as to produce one or more fuel rings centered on the axis of the burner.
  • combustible fluids are generally distributed in a flow of combustion air or in the periphery of the latter.
  • combustion air is generally distributed from a box common to the different burners and rotated by adjustable shutters of the outside by means of return organs and connecting rods.
  • This combustion air is generally brought to the nose of the burner (so-called combustion thereafter) in one flow, or two.
  • These burners generally comprise gas distribution pipes rich in peripheral ring and accessory tubes (ignition burner, flame control tube, ...) which disturb the rotation of the air flow.
  • the instability of the flames produced causes significant pressure variations in the furnace, which generates vibrations of the structure of the boilers or installations concerned.
  • the burners always require a support flame, representing 10 to 20% of the total power of the burner, to ensure the stability of the main flame and ensure the safety of the installation.
  • EN 746-2 operating standards require supporting flame systems in the burners.
  • the object of the invention is to solve the above disadvantages.
  • a preferred basic principle of the process is to fragment as much as possible the amount of air required for combustion and to incorporate it as soon as possible and as closely as possible into the combustible gas stream (or vice versa), improving the mixing by jets impacts at high speed, creating turbulence and setting the mixture in maximum rotation to reduce the axial speed of the mixture and ensure the compactness and continuity of combustion.
  • the lean gas is rotated by fins and the particular flow of the combustion air fraction brought to the periphery at the outlet of the burner.
  • the invention consists in breaking up the combustion air and gradually incorporating selected quantities into the lean gas stream.
  • the method therefore consists in producing an air-fuel premix (outside the flammability limit), preferably in the burner body and supplying the burner nozzle with only the additional air on either side of the burner. this mixture by the very high velocity jets (greater than 80 m / s) by taking the sandwich gas.
  • the combustion air brought to the nose of the burner has specific flows at high speed:
  • the central air is ejected in rotation and in divergent flow to penetrate the poor gas
  • the subject of the invention is a method for producing a combustion of a lean fuel gas using at least one burner comprising a nose or combustion head on a central axis, in which method a mixture of combustible gas and combustion air rotating around the central axis.
  • the method is distinguished in that it comprises the following steps according to which ejection in front of the combustion head:
  • a complementary flow so as to reach a flammability threshold of the mixture in front of the combustion nose, the flow being ejected at the center of the premix flow through a central complementary flow and / or around the premix flow by the through a peripheral complementary stream.
  • the complementary flow is an air flow
  • the premix flow is obtained by incorporating premix air into combustible gas; the incorporation is obtained in a box connected to the burner;
  • the incorporation is carried out at an inlet of the fuel gas into the burner by injecting premix air into the fuel gas so as to entrain the fuel gas in a pre-mixing space, carry out the premixing by turbulence resulting from the injection and direct the premix in the direction of the combustion nose while initiating a rotation around the central axis;
  • the mixture of fuel gas and combustion air is achieved by incorporating a necessary amount dividedled from one into the other by many oriented jets.
  • the central complementary air stream is ejected in rotation in front of the combustion nose and in divergent flow to penetrate the premix flow
  • the complementary air flow peripheral is ejected in convergent flow and in strong spiral rotation.
  • the subject of the invention is also a burner for a lean fuel gas of the type comprising a combustion nose on a central axis and means for feeding a mixture of combustible gas and combustion air in rotation about the axis.
  • Central burner particularly notable in that it has no mixing chamber and no combustion chamber.
  • the burner is distinguished mainly in that it is configured to eject in front of the combustion nose:
  • a complementary flow so as to reach a flammability threshold of the mixture in front of the combustion nose, said flow being ejected at the center of the premix flow through a central complementary air flow and / or around the flow of premix through a peripheral airflow.
  • the burner is configured to split a flow of air into at least one pre-mix air flow, and a complementary air flow comprising at least one central complementary air flow. and / or a peripheral complementary air flow.
  • the invention also relates to a combustion plant of a fuel gas implementing the method or comprising at least one burner according to the invention.
  • the installation uses or comprises at least two burners configured so as to mesh in a common sense with the overall rotational movement resulting from their mixing flow in front of the combustion nose.
  • Figure 1 illustrates a lean gas combustion plant provided with a burner according to one embodiment of the invention
  • Figure 2 illustrates a sectional view along the axis AA of Figure 1
  • Figure 3 illustrates the rear of the burner in a right view B of Figure 1
  • Figure 4 illustrates a partial sectional view of a beam according to section CC of Figure 2
  • Figure 5 illustrates a partial bottom view along D-D of Figure 4;
  • FIG. 6 illustrates an isolated main view of the box 7 of the burner of FIG. 1;
  • Figures 7, 8, 9 respectively show different views of Figure 6: a sectional view along E-E, a right view along F, and a left view along G;
  • Figures 10, 11 and 11A respectively illustrate an insulated main view of the central tube 13 of the burner of Figure 1, a left view along H and a right view;
  • - Figure 12 illustrates an isolated main view of the central pole 50 according to Figure 1;
  • FIG. 13 illustrates a view of an alternative embodiment of a burning cone of the central pole
  • FIG. 14 illustrates a detail I of Figure 9;
  • FIGS. 15 and 16 respectively show the sections along LL and KK of FIG. 14;
  • FIG. 1 a plant 1 for the combustion of lean fuel gas using a burner 2 arranged between four main parts ZA, ZB, ZC, ZD separated by three walls 3, 4, 5.
  • the parts represent, respectively, a combustion zone ZA where combustion is carried out, a zone ZB containing or in communication with the combustible lean gas, a zone ZC containing or in communication with combustion air, a zone ZD external to the combustion zone. installation accessible to people.
  • the burner comprises a combustion nose 6 opening into zone A of the hearth; the nose is centered on a central axis X which is in this case, the main axis of the burner to the extent that it has a general shape of revolution around this axis.
  • the burner also comprises supply means for this nose, which are able to eject a flow of air and fuel gas in rotation about a central axis centered on the combustion nose.
  • This nose constituting the front end of the burner, is intended to receive in front of or on it, on the left of the figure, a flow of combustible gas and air combustion which is rotated about the central axis, with supply means of this nose provided for this purpose, which is described later.
  • the burner also comprises a central box 7 connected to the nose and upstream of it (with respect to the direction of flow flow), arranged in the zone ZB between the walls 3 and 4, and having at least one opening 8 opening in this zone ZB.
  • zone ZC In the zone ZC is a rear end 7B of the burner connected to the box 7, upstream thereof, and having at least one access for at least one combustion air inlet of the zone ZC.
  • zone ZD open various pipes which extend between the hearth and the outside, while passing through the burner and among which one finds, if necessary, a pipe of supply of rich gas, a tube of control of the flames, an ignition pipe or other pipes or equipment known to those skilled in the art (not shown).
  • the method may comprise a first step in which a flow of air for combustion is split into at least one pre-mix air stream and an air stream.
  • the complementary air consists of at least one central air flow and / or a peripheral air flow.
  • both the central and peripheral air flow are used for greater efficiency and flexibility of use and the split is effected by different air inlets at the rear of the burner or flow path.
  • the air in the burner is configured to divide the air coming from the space ZC into several streams. It comprises several arrivals or access on its rear end: a central access 9 to receive a central air flow inlet, a peripheral access 10 to receive a peripheral air inlet, and at least a main access 10A to receive an arrival premix air. Other accesses can be added as indicated later.
  • this division step could be done differently, for example by external pipes outside the burner, and each of the air flows could be brought by these independent and external pipes.
  • a premix flow is introduced in front of the combustion nose, containing a mixture of premix air and combustible gas, rotating about the central axis, the flow premixing being non-flammable to the extent that it is mixed at a rate remote from the flammability ranges, for example greater than a flammability threshold.
  • a 100% lean gas rate is increased to a rate of 80-85% of gas (in the gas + air mixture) while the flammability limits are 30 to 73%. % of gas in the mixture.
  • the burner in the example described, is configured to carry out premixing beforehand inside itself, in this case in a space 16 called pre-mixing of the box 7. It is also configured to rotate the premix. This rotation, in the illustrated example, is preferably also carried out in the box upstream of the combustion nose.
  • the pre-mixing air accesses 10A mentioned above open into the caisson as well as the access ports 8 of fuel gas so that a premix can be carried out with the aid of mixing means 11 described later.
  • the pre-mixing could be carried out beforehand outside the burner, for example in a chamber provided for this purpose in which a higher rate than the flammability rate is respected.
  • the mixture is carried out at a level 5 to 20% higher than the flammability threshold with an insufficient air ratio (proportions ranging from 78 to 95% of gas in the mixture) .
  • the process could be implemented by performing a premix with an insufficient fuel gas content in the same proportions of 5 to 20% or with different proportions for particular applications of bio gas or VOC burns.
  • the complementary flow is ejected at the center of the premix flow through the central complementary air flow and / or around the pre-mix flow via the air flow. additional peripheral, so as to reach the flammability threshold at the combustion nose.
  • the burner is configured to open the crown-shaped premix flow 12 located between a central pipe 13 and the periphery 14 of the front end of the box.
  • the pre-mix flow is obtained by incorporating premix air into combustible gas.
  • the burner comprises the incorporation means 11 mentioned above which inject air into the fuel gas.
  • the incorporation is carried out by injecting premix air at an inlet of the fuel gas into the burner so as to:
  • the burner comprises injection means comprising nozzles 17 or high-flow directional calibrated orifices arranged in the profiled means of incorporation 11 and oriented towards the premix space 16 at the level of the openings 8.
  • the gas located near and around the lights 8 is driven by the depression generated by the air jets at the outlet of the nozzles directed by the orientation of the jets and mixed by the turbulence of the jets.
  • a rotation of the mixing is also initiated at this level in the premix space by the orientation of the air jets.
  • These injection means preferably have a steady state.
  • the incorporation means may also preferably comprise second premix air injection means. These injection means are arranged so as to achieve an incorporation of air parallel to the central axis and directing the flow of premix in the direction of the combustion nose.
  • These injection means preferably have a progressive regime according to the power level used.
  • These second injection means may be formed, as in the illustrated example, of tubes 21 around orifices 22 in the wall 23 of the rear end of the burner (FIGS 3, 10, 11). These tubes preferably have different lengths and are five in the example. They extend inside the premix space from air inlets or orifices 22 disposed on the wall 23 or rear face of the burner.
  • the orifices 22 are preferably closed by valves (not shown) operable by calibrated springs or electrical controls.
  • the valves can be arranged on the orifices with or without tubes.
  • the tubes make it possible, on the one hand, to prevent the respective flows from being disturbed and, on the other hand, to bring air to different points with a guarantee of its distribution.
  • the orifices have a size determined so as to avoid being too massively within the flammability limits, and that there are locally favorable conditions for combustion that would deteriorate the burner.
  • the premix gas would replace the premix air and the flows, the premix could be unchanged and the central and peripheral flows could concern for example combustible gas instead of combustion air.
  • the central complementary air flow is ejected in rotation in front of the combustion nose and in divergent flow to penetrate the premix flow and the peripheral complementary air flow is ejected in convergent flow and in strong spiral rotation.
  • the burner is configured in the example with a conical deflector 18 at the outlet of the central pipe 13 and fins 19 in the pipe which put the central air flow in rotation.
  • Other equivalent means may also be suitable, for example, calibrated directional or oriented openings in a partition wall.
  • the central air is divergent with an apex angle of 60 to 180 ° or 30 to 90 ° with respect to the burner axis.
  • This ejection thus produced makes it possible to obtain good penetration of the air into the premix so as to best complete the missing air ratio.
  • the central air flow of the example has previously penetrated the inlet 9 in the inner pipe of the pipe 13, in the annular space around the central pole 51.
  • this central air can have another function explained later, which is to come to feed at its ejection base a rich gas which would be distributed in a ring around the central air, during its use especially at startups or poor gas deficiency.
  • the burner is configured with injection nozzles 20a, 20b disposed on a ring 14 of the end or front face of the box 26a.
  • the nozzles are oriented both tangentially to a circle centered on the central axis and facing forward. The spiral rotation is obtained by this double inclination of the nozzles.
  • peripheral air envelops the flow of lean gas and accentuates the rotation. It is distributed at high speed and optimizes the mixture.
  • the nozzles 20a, 20b are fed by the peripheral pre-ejection space 30 located in a double wall of the box at the front of the box, itself fed by the arrival means 10A formed near the rear end 26b of the box.
  • the burner box is a burner box
  • the box 7 has a general shape of revolution and comprises:
  • a double peripheral wall formed of an external and internal wall 25, an end or front face 26a, formed of a ring 14 comprising the peripheral injection means 20a, 20b;
  • one end or rear face 7B comprising different feeds or feeds 10, 10A at least in peripheral air flow and premix,
  • Premix air injection nozzles 17 arranged under the pipes. These nozzles are configured to perform said first permanent injection of premix air; these pipes and the nozzles are part of the incorporation means mentioned above.
  • nozzles are in fact exit holes formed in the ring, one of whose functions is to close the front end of the double wall of the box; the other rear end of the double wall being closed by a wall 23B.
  • These holes communicate with the pre-ejection space 30 of the double wall and open out through an inner wall of the box; the nozzles are disposed on the ring being offset with respect to the radial axis R of the box and inclined forwardly relative to a plane perpendicular to the box.
  • the nozzles are offset and inclined in different ways alternately.
  • the proposed angles are specific to this burner power, but would inevitably be modified for another size of burner. These angles are determined so that the jets of the consecutive orifices do not disturb, and they do not come to strike the end of the tube 13 nor hinder the flow of fluids leaving the gas ring contained between 13 and 56, nor the complementary central air diverges. This diverging cone must almost "mesh" with the convergent peripheral complementary jet whose angle is the most closed (here 15 °).
  • the angle of the next orifice is more open in order to continue the work of the previous orifice further in the rotation.
  • a first series of nozzles (20a) can be inclined from 5 ° to 45 ° forwards, (15 ° preferred in the embodiment) and from 30 to 65 ° with respect to the radial axis (R), (44 ° preferred in the example) and a second series of nozzles (20b) inclined 25 to 65 ° forward (45 ° preferred in the example), and 30 to 70 ° relative to the axis radial (53 ° preferred in the example).
  • the box may also include orifices 55 disposed on the inner wall 25 at the pre-ejection chamber 30. These orifices make it possible to feed the fin device 37 from the chamber 30 to improve the poor air / gas mixture. between the fins.
  • the central tube :
  • a central tube 13 intended to be mounted centered on the central axis, is sized to extend longitudinally between the two ends of the box and put in communication.
  • This tube comprises:
  • an outer surface 35 intended to delimit the premixing space with the inner wall 25 or inner face 31 of the double wall of the box, and an inner surface 52;
  • a first fin device 37 disposed at the front of the tube; said fins 37 extending in the flow space of the premix between the outer wall 35 of the tube and the inner wall of the box 25 or inner face 31; they are profiled so as to create a rotation of the premix flow as it flows towards the outlet of the box; a space between the box and the tube forms a ring-shaped conduit 38 (FIG 1) for conveying the premix air flow; - A wall 23 forming a radial shoulder of the central tube, said wall separating the premix space with the rear of the central tube itself in communication with the air box.
  • the central pole 51 is intended to be disposed in the central tube 13 and centered on the central axis.
  • the burner also has a second fin device 19 disposed within and adjacent the front of the central tube.
  • the fins are fixed in the example on the central pole 51 which passes through the central tube; they are intended to extend from the surface of the pole 50 to the inner wall 52 of the central tube.
  • the burner may also comprise a "burning cone" 18 forming a deflector located downstream of the central tube and spaced from it so as to effect a exhaust diverging from the central air flow.
  • the burning cone is disposed at the front end of the axial pole 51.
  • the gas is ejected at the end of the pole, at a divergent angle defined by a series of calibrated orifices 54 arranged in a ring around the conical baffle 18 which allows ejection of this gas on a maximum circumference, so that the possible jets Rich gas originates as close to the central combustion air, and have a maximum pulse by striking the poor gas flow.
  • the conical baffle may be a deflector 18b having a peripheral serration 52, and having central orifices 53 opening into the conduit of the central pole.
  • the burner is sized to receive, in normal operation, a complementary flow ejection at a very high speed greater than 100 m / s while the premix flow is ejected at a speed of 40 to 80 m / s.
  • the burner may comprise a rich gas supply.
  • the rich gas is pressurized at the periphery of the central tube directly into the premix space.
  • the rich gas is distributed around the central tube so as to mix intimately with the premix.
  • the central tube may comprise:
  • annular casing 36 for receiving and distributing the gas around a plurality of orifices passing through the rear wall 23 in the form of an annular shoulder of the central tube;
  • tube 56 arranged in partial double wall around the central tube so as to convey the flow entering the premix chamber to substantially a half distance from the chamber; and a connecting cone 57 of the double wall to the box via the shoulder so as to collect the rich gas;
  • annular baffle 58 placed at a distance from the end of the double wall so as to diverge the rich gas and promote mixing with the air;
  • a series of orifices, calibrated and arranged through the central tube is arranged in a ring just upstream of the deflector 58 so as to allow the central complementary air to be ejected into the rich gas stream and thus help to make it diverge.
  • the box 36 may be connected to a rich gas supply tube (the orifices 10A2 being closed) or another box 36B (not shown) enveloping the box 36 and being connected to the feed tube.
  • Calibrated orifices arranged at a divergent angle may be formed in a ring connecting the two tubes 13 and 56B to the front end.
  • the tube portion 56 may extend to the end of the central tube 13 forming a central double wall 56B so as to eject the rich gas directly to the combustion nose around the central air.
  • the rich gas is always brought under pressure but in the central pole. It is ejected, at a defined divergent angle, by a series of calibrated orifices 53 arranged in a ring around a particular device (deflector with peripheral serrations 52) which makes it possible to eject this gas on a maximum circumference, so that the jets Rich gas originates as close to the combustion air, and have a maximum pulse by striking the poor gas flow.
  • the rich gas is thus supplied with combustion air at its base whatever the composition / proportion of the fuels: single and pure gas or gas mixtures.
  • the burner is designed in mechanically welded modules allowing maximum flexibility and ease of design, adaptation, construction, installation and maintenance, knowing that: - the combustion air can be more or less hot ,
  • the directions of rotation of the fluids must mesh so as not to disturb the combustion and the flows in the hearth
  • the rich fuels can be of different qualities.
  • An ignition flame is provided in front of the nose of the burner via a guide tube of the ignition burner 60 (FIG 1).
  • the permanent air circuit is then activated by a pump (not shown) which blows combustion air at the rear of the burner by putting the air supply box ZC under pressure.
  • a fraction of the combustion air enters the double wall 27 of the box (FIG 6) through the inlet orifices 10 for example rectangular and formed in the annular wall 23B closing the double wall on the back; while another fraction directly enters the double box to the nozzles 20a, 20b.
  • Part of this fraction enters the beams 11 (FIG 8) while the other portion directly feeds a peripheral air pre-ejection chamber 30 via a partial double wall of the box (FIG. which is free of light and extends at an angle of approximately 90 ° between radial walls 32 and 33.
  • the beams are pressurized and combustion air escapes from the nozzles tangentially (Fig. 7) to a circle centered on the central axis and towards the fins of the first rotating device.
  • the flue gas which may be under slight pressure (generally less than 200 mm CE) enters transversely into the box under a driving effect of the air jets at the openings 8 between the beams 11; the turbulences carry out a premixing or stirring in the premixing space 16 of the box at the inlet of the fin device (FIG.7) notably by inflection against the inflection wall 31.
  • the beams also open into the pre-ejection chamber 30 of peripheral air, they contribute to conduct air in addition to that conveyed by the interior of the double wall inflection or guide 24, 25.
  • Combustion air also enters through the inlet 9 of the central tube 13
  • the peripheral air is ejected from the chamber 30 (FIG. 9, 14-16) in the form of two vortices via the peripheral nozzles 20 a, 20 b in front of the combustion nose.
  • the directions of rotation of the different air flows may be contrary to that of the pre-mix flow but preferably in the same direction.
  • Air can also come from the back of the box 36 through orifices 10A2 and enrich the premix. If appropriate (FIG 6), air can escape from the box from the pre-ejection chamber 30 through orifices 55 formed in the bottom wall of the box and penetrates radially into the fin device 37 between the fins. This improves the mixing of the gas mixture with the air.
  • the invention provides the following advantages:
  • a parcelization of the combustion air is possible in more than two or even more than three fractions;

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Abstract

The invention concerns a method for a lean gas combustion using at least one burner comprising a combustion nozzle on a central axis (x), said method consisting in: creating a mixture of fuel gas and combustion air rotating about the central axis. The method is characterized in that it includes the following steps which consist in: ejecting in front of the combustion nozzle a flow of non-flammable premix containing a mixture of premix air and fuel gas, a complementary flow so as to achieve a non-flammability threshold of the mixture in front of the combustion nozzle, the flow being ejected at the center of the premix flow via a central complementary flow and/or about the premix flow via a peripheral complementary flow. The invention also concerns a burner configured to implement the method and a combustion installation using same.

Description

Procédé et installation de combustion de gaz combustible pauvre, sans soutien, à l'aide d'un brûleur et brûleur associé. Process and installation of combustion of lean fuel gas, without support, using a burner and associated burner.
L'invention concerne un procédé pour réaliser la combustion d'un gaz combustible pauvre sans flamme auxiliaire de soutien, à l'aide d'un brûleur comprenant un nez de combustion sur un axe central, dans lequel on crée un mélange de gaz combustible et d'air de combustion en rotation autour de l'axe central, devant le nez de combustion.The invention relates to a method for producing the combustion of a lean fuel gas without auxiliary support flame, by means of a burner comprising a combustion nose on a central axis, in which a mixture of combustible gas is created and of combustion air rotating around the central axis, in front of the combustion nose.
Elle concerne également une structure de brûleur, notamment de grande puissance, pour la mise en oeuvre du procédé et toute installation de combustion de gaz utilisant ce brûleur.It also relates to a burner structure, in particular of high power, for the implementation of the method and any gas combustion installation using this burner.
L'invention trouve application, en particulier, dans les différentes installations suivantes :The invention finds application, in particular, in the following different installations:
- Chaudières à gaz de très faibles pouvoirs calorifiques, gaz de récupération (gaz de haut fourneau....), bio-gaz et gaz de décharges, gaz provenant de divers procédés;- Gas boilers with very low calorific values, recovery gas (blast furnace gas, etc.), bio-gas and landfill gas, gases from various processes;
- Tours de brûlages et torchères de gaz pauvres, résiduels et bio-gaz; - Fours et étuves de chauffages et séchages de matériaux et produits divers;- Burning towers and flares of poor, residual gas and bio-gas; - Ovens and drying ovens for heating and drying of various materials and products;
- Fours et dispositifs de séchages et traitements de boues résiduelles de procédés divers;- Ovens and dryers and residual sludge treatments of various processes;
- Installation de brûlage de composés organiques volatils "COV". Ces composés sont issus de séchages ou de cuissons dans différents procédés; ce sont souvent des vapeurs de solvants ou d'huiles et se trouvent sous des concentrations très faibles (quelques % à quelques ppm ou traces) dans des gaz vecteurs neutres ou dans de l'air. Ils peuvent être bloqués par des filtres dédiés ou détruits par voies thermiques. La faible concentration ne permet pas de les brûler directement et le grand volume d'air qui les contient perturbe fortement la combustion des brûleurs « classiques ».- Burning plant for volatile organic compounds "VOC". These compounds are derived from drying or cooking in different processes; they are often vapors of solvents or oils and are found in very low concentrations (a few% to a few ppm or traces) in neutral carrier gases or in air. They can be blocked by dedicated filters or destroyed by thermal pathways. The low concentration does not allow to burn them directly and the large volume of air that contains them greatly disrupts the combustion of "conventional" burners.
En entend par gaz pauvre tout gaz de faible pouvoir calorifique (PCI) inférieur à 3000 Kcal par m3 et en particulier tout gaz très pauvre qui possède un PCI inférieur à 1000 Kcal et qui concerne plus particulièrement l'objet de la présente invention.By means of all lean gas low calorific gas (PCI) of less than 3000 Kcal per m 3 and in particular any very lean gas that has a PCI less than 1000 Kcal and which relates more particularly to the subject of the present invention.
Le brûleur selon l'invention peut néanmoins être utilisé pour des gaz plus riches ou avec des gaz de soutien.The burner according to the invention can nevertheless be used for richer gases or with support gases.
Les brûleurs de gaz pauvres ou résiduels comprennent généralement différents conduits d'alimentation de fluides combustibles au nez du brûleur, les conduits étant configurés, notamment sous forme coaxiale, de manière à réaliser une ou des couronnes de combustibles centrées sur l'axe du brûleur.The poor or residual gas burners generally comprise different fuel fluid supply ducts at the nose of the burner, the ducts being configured, in particular in coaxial form, so as to produce one or more fuel rings centered on the axis of the burner.
Ces fluides combustibles sont généralement distribués dans un flux d'air de combustion ou en périphérie de ce dernier.These combustible fluids are generally distributed in a flow of combustion air or in the periphery of the latter.
Les dispositions ci-dessus ont pour finalité de réaliser un mélange air/combustible suffisant permettant une combustion localisée et stabilisée au nez du brûleur.The above provisions are intended to achieve a sufficient air / fuel mixture for localized and stabilized combustion at the nose of the burner.
Sur les chaudières de grandes puissances (>100 MW) qui comportent plusieurs brûleurs (>4 brûleurs), l'air de combustion est généralement distribué à partir d'un caisson commun aux différents brûleurs et mis en rotation par des volets réglables de l'extérieur par le biais d'organes de renvois et de biellettes.On boilers with large capacities (> 100 MW) which have several burners (> 4 burners), the combustion air is generally distributed from a box common to the different burners and rotated by adjustable shutters of the outside by means of return organs and connecting rods.
Cet air de combustion est généralement amené au nez du brûleur (dit de combustion par la suite) en un flux, voire deux.This combustion air is generally brought to the nose of the burner (so-called combustion thereafter) in one flow, or two.
Ces brûleurs comprennent généralement des tubes de distribution de gaz riche en couronne périphérique et des tubes accessoires (brûleur allumage, tube de contrôle de présence de flamme,...) qui perturbent la rotation du flux d'air.These burners generally comprise gas distribution pipes rich in peripheral ring and accessory tubes (ignition burner, flame control tube, ...) which disturb the rotation of the air flow.
La majorité des brûleurs de gaz pauvres ou résiduels sont de conceptions complexes et nécessitent des réglages et ajustements aléatoires et des conditions d'exploitation très rigides avec une part importante d'incidents dûs à l'instabilité de la combustion, de l'accrochage de la flamme engendrant des arrêts intempestifs de l'installation.The majority of the poor or residual gas burners are complex designs and require random adjustments and adjustments and very rigid operating conditions with a significant amount of incidents due to the instability of combustion, the attachment of the flame generating untimely stops of the installation.
Ces brûleurs nécessitent le réchauffage du combustible et surtout de l'air de combustion à des températures élevées (250 à 350°C) pour améliorer la combustion, ce qui suppose plus de matériel adapté et des coûts supplémentaires.These burners require reheating of the fuel and especially combustion air at high temperatures (250 to 350 ° C) to improve combustion, which assumes more suitable equipment and additional costs.
Les combustibles pauvres sont généralement très difficilement combustibles car constitués en majorité de gaz neutres, et se présentent distribués en grands volumes et sous faibles pressions.Poor fuels are generally very difficult to fuel because they consist mostly of neutral gases, and are distributed in large volumes and at low pressures.
Leurs mélanges avec l'air de combustion sont très difficiles à obtenir dans des proportions adéquates compte tenu des volumes mis en jeux, ce qui gêne considérablement la combustion et ne favorise pas la stabilité et la structure des flammes obtenues.Their mixtures with the combustion air are very difficult to obtain in adequate proportions taking into account the volumes involved, which considerably hampers combustion and does not promote the stability and structure of the flames obtained.
L'instabilité des flammes produites provoque des variations de pressions importantes dans le foyer, ce qui génère des vibrations de la structure des chaudières ou installations concernées.The instability of the flames produced causes significant pressure variations in the furnace, which generates vibrations of the structure of the boilers or installations concerned.
De ce fait, les brûleurs nécessitent toujours une flamme de soutien, représentant 10 à 20 % de la puissance totale du brûleur, pour assurer la stabilité de la flamme principale et garantir la sécurité de l'installation. Des normes de fonctionnement EN 746-2 imposent d'avoir des systèmes de flamme de soutien dans les brûleurs.Therefore, the burners always require a support flame, representing 10 to 20% of the total power of the burner, to ensure the stability of the main flame and ensure the safety of the installation. EN 746-2 operating standards require supporting flame systems in the burners.
Ces flammes de soutien sont obtenues avec des gaz riches (gaz naturel, Gaz de Pétrole Liquéfié (GPL) : Butane et Propane.These flames of support are obtained with rich gases (natural gas, Liquefied Petroleum Gas (LPG): Butane and Propane.
Cette obligation aggrave la complexité du brûleur et engendre fatalement des surcoûts d'exploitation très importants compte tenu du prix des gaz riches.This obligation aggravates the complexity of the burner and inevitably leads to very high operating costs, given the price of rich gas.
Ces brûleurs nécessitent souvent une exploitation avec un excès d'air important afin que toutes les fractions combustibles puissent rencontrer de l'oxygène pour brûler en totalité et assurer la qualité des produits de combustion, ce qui fait chuter fortement le rendement, augmente la consommation spécifique de gaz riche et donc le coût d'exploitation et aggrave fatalement le niveau des émissions polluantes.These burners often require operation with a large excess of air so that all combustible fractions can meet oxygen to burn all and ensure the quality of the products of combustion, which greatly reduces the yield, increases the specific consumption of rich gas and therefore the cost of operation and inevitably increases the level of polluting emissions.
L'invention a pour objectif de résoudre les inconvénients ci-dessus.The object of the invention is to solve the above disadvantages.
Elle vise en particulier une conception de brûleur qui permette :It aims in particular a burner design that allows:
- autant que possible, la suppression d'un soutien en gaz riche;- as much as possible, the removal of rich gas support;
- la suppression du réchauffage du gaz ou de l'air de combustion; - la réduction de la teneur en oxygène des fumées;- the suppression of the reheating of the gas or the combustion air; - the reduction of the oxygen content of the fumes;
- la suppression des vibrations;- the suppression of vibrations;
- la réduction de la consommation électrique des ventilateurs d'airs et fumées.- the reduction of the electrical consumption of the fans of air and smoke.
Un principe de base préféré du procédé est de parcelliser au maximum la quantité d'air nécessaire à la combustion et à l'incorporer le plus tôt possible et le plus intimement possible dans le flux gazeux combustible (ou l'inverse), en améliorant le mélange par des impacts de jets à grande vitesse, en créant des turbulences et en mettant le mélange en rotation maximale pour réduire la vitesse axiale du mélange et assurer la compacité et la continuité de la combustion.A preferred basic principle of the process is to fragment as much as possible the amount of air required for combustion and to incorporate it as soon as possible and as closely as possible into the combustible gas stream (or vice versa), improving the mixing by jets impacts at high speed, creating turbulence and setting the mixture in maximum rotation to reduce the axial speed of the mixture and ensure the compactness and continuity of combustion.
Pour réduire la vitesse axiale et augmenter la surface de la flamme, le gaz pauvre est mis en rotation par des ailettes et l'écoulement particulier de la fraction d'air de combustion apportée en périphérie en sortie du brûleur.To reduce the axial speed and increase the surface of the flame, the lean gas is rotated by fins and the particular flow of the combustion air fraction brought to the periphery at the outlet of the burner.
Les gaz pauvres ayant un grand volume, il est difficile de mélanger intimement les éléments combustibles de ce gaz avec l'oxygène de l'air de combustion. Pour pallier cette difficulté, l'invention consiste à fragmenter l'air de combustion et d'en incorporer progressivement des quantités choisies dans le flux de gaz pauvre.The poor gases having a large volume, it is difficult to intimately mix the fuel elements of this gas with the oxygen of the combustion air. To overcome this difficulty, the invention consists in breaking up the combustion air and gradually incorporating selected quantities into the lean gas stream.
Le procédé consiste donc à réaliser un pré-mélange air-combustible (hors limite d'inflammabilité), de préférence dans le corps du brûleur et de n'apporter au nez du brûleur que le complément d'air de part et d'autre de ce mélange par le biais de jets à très grande vitesse (supérieure à 80 m/s) en prenant le gaz en "sandwich".The method therefore consists in producing an air-fuel premix (outside the flammability limit), preferably in the burner body and supplying the burner nozzle with only the additional air on either side of the burner. this mixture by the very high velocity jets (greater than 80 m / s) by taking the sandwich gas.
L'air de combustion amené au nez du brûleur a des écoulements spécifiques à grande vitesse :The combustion air brought to the nose of the burner has specific flows at high speed:
- l'air central est éjecté en rotation et en écoulement divergeant pour pénétrer le gaz pauvre;the central air is ejected in rotation and in divergent flow to penetrate the poor gas;
- l'air périphérique est convergeant et en forte rotation.- the peripheral air is convergent and in strong rotation.
Ces deux écoulements d'air ont chacun également pour fonction de réaliser un barrage à d'éventuelles "rentrées de flamme" à faible régime ou lors d'un arrêt de l'installation.These two air flows each also have the function of providing a barrier to possible "low flameback" at low speed or during a shutdown of the installation.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour réaliser la combustion d'un gaz combustible pauvre à l'aide d'au moins un brûleur comprenant un nez ou tête de combustion sur un axe central, procédé dans lequel on crée un mélange de gaz combustible et d'air de combustion en rotation autour de l'axe central.For this purpose, the subject of the invention is a method for producing a combustion of a lean fuel gas using at least one burner comprising a nose or combustion head on a central axis, in which method a mixture of combustible gas and combustion air rotating around the central axis.
Le procédé se distingue en ce qu'il comporte les étapes suivantes selon lesquelles on éjecte devant la tête de combustion:The method is distinguished in that it comprises the following steps according to which ejection in front of the combustion head:
- un flux de pré-mélange non inflammable contenant un mélange d'air de pré- mélange et de gaz combustible,a flow of non-flammable premix containing a mixture of premix air and combustible gas,
- un flux complémentaire de manière à atteindre un seuil d'inflammabilité du mélange devant le nez de combustion, le flux étant éjecté au centre du flux de prémélange par le biais d'un flux complémentaire central et/ou autour du flux de prémélange par le biais d'un flux complémentaire périphérique.a complementary flow so as to reach a flammability threshold of the mixture in front of the combustion nose, the flow being ejected at the center of the premix flow through a central complementary flow and / or around the premix flow by the through a peripheral complementary stream.
Selon des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé :According to particular embodiments of the method:
- le flux complémentaire est un flux d'air;the complementary flow is an air flow;
- Ie flux de pré-mélange est obtenu par incorporation d'air de pré-mélange dans du gaz combustible; - l'incorporation est obtenue dans un caisson relié au brûleur;The premix flow is obtained by incorporating premix air into combustible gas; the incorporation is obtained in a box connected to the burner;
- l'incorporation est réalisée, à une entrée du gaz combustible dans le brûleur par injection d'air de pré-mélange dans le gaz combustible de manière à entraîner le gaz combustible dans un espace de pré-mélange, réaliser le pré-mélange par des turbulences résultant de l'injection et diriger le pré-mélange en direction du nez de combustion tout en initiant une rotation autour de l'axe central;the incorporation is carried out at an inlet of the fuel gas into the burner by injecting premix air into the fuel gas so as to entrain the fuel gas in a pre-mixing space, carry out the premixing by turbulence resulting from the injection and direct the premix in the direction of the combustion nose while initiating a rotation around the central axis;
- le mélange de gaz combustible et d'air de combustion est réalisé par incorporation d'une quantité nécessaire parcellisée de l'un dans l'autre par de nombreux jets orientés.- The mixture of fuel gas and combustion air is achieved by incorporating a necessary amount parceled from one into the other by many oriented jets.
Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé : a) le flux d'air complémentaire central est éjecté en rotation devant le nez de combustion et en écoulement divergent pour pénétrer le flux de pré- mélange, b) le flux d'air complémentaire périphérique est éjecté en écoulement convergeant et en forte rotation spiralée.According to another embodiment of the method: a) the central complementary air stream is ejected in rotation in front of the combustion nose and in divergent flow to penetrate the premix flow, b) the complementary air flow peripheral is ejected in convergent flow and in strong spiral rotation.
L'invention a également pour objet un brûleur pour gaz combustible pauvre du type comprenant un nez de combustion sur un axe central et des moyens d'alimentation d'un mélange de gaz combustible et d'air de combustion en rotation autour de l'axe central, brûleur notamment remarquable en ce qu'il ne comporte pas de chambre de mélange, ni de chambre de combustion.The subject of the invention is also a burner for a lean fuel gas of the type comprising a combustion nose on a central axis and means for feeding a mixture of combustible gas and combustion air in rotation about the axis. Central burner, particularly notable in that it has no mixing chamber and no combustion chamber.
Le brûleur se distingue principalement en ce qu'il est configuré de manière à éjecter devant le nez de combustion :The burner is distinguished mainly in that it is configured to eject in front of the combustion nose:
- un flux de pré-mélange non inflammable contenant un mélange d'air de prémélange et de gaz combustible,a flow of non-flammable premix containing a mixture of premix air and combustible gas,
- un flux complémentaire de manière à atteindre un seuil d'inflammabilité du mélange devant le nez de combustion, ledit flux étant éjecté au centre du flux de pré-mélange par le biais d'un flux d'air complémentaire central et/ou autour du flux de pré-mélange par le biais d'un flux d'air complémentaire périphérique.a complementary flow so as to reach a flammability threshold of the mixture in front of the combustion nose, said flow being ejected at the center of the premix flow through a central complementary air flow and / or around the flow of premix through a peripheral airflow.
Selon un mode de réalisation particulier, le brûleur est configuré de manière à scinder un flux d'air en au moins un flux d'air de pré-mélange, et un flux d'air complémentaire comprenant au moins un flux d'air complémentaire central et/ou un flux d'air complémentaire périphérique. L'invention a également pour objet une installation de combustion d'un gaz combustible mettant en oeuvre le procédé ou comportant au moins un brûleur conforme à l'invention.According to a particular embodiment, the burner is configured to split a flow of air into at least one pre-mix air flow, and a complementary air flow comprising at least one central complementary air flow. and / or a peripheral complementary air flow. The invention also relates to a combustion plant of a fuel gas implementing the method or comprising at least one burner according to the invention.
Selon une caractéristique avantageuse, l'installation met en oeuvre ou comporte au moins deux brûleurs configurés de manière à engrener dans un sens commun le mouvement de rotation global résultant de leur flux de mélange devant le nez de combustion.According to an advantageous characteristic, the installation uses or comprises at least two burners configured so as to mesh in a common sense with the overall rotational movement resulting from their mixing flow in front of the combustion nose.
D'autres particularités et nombreux avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures annexées pour lesquelles :Other features and numerous advantages of the invention will appear on reading the description which follows, given by way of illustrative and nonlimiting example, and with reference to the appended figures for which:
- la figure 1 illustre une installation de combustion de gaz pauvre munie d'un brûleur conforme à un mode de réalisation de l'invention; la figure 2 illustre une vue en coupe selon l'axe AA de la figure 1 ; la figure 3 illustre l'arrière du brûleur selon une vue de droite B de la figure 1 ; la figure 4 illustre une vue en coupe partielle d'une poutre selon la coupe CC de la figure 2; la figure 5 illustre une vue de dessous partielle selon D-D de la figure 4;- Figure 1 illustrates a lean gas combustion plant provided with a burner according to one embodiment of the invention; Figure 2 illustrates a sectional view along the axis AA of Figure 1; Figure 3 illustrates the rear of the burner in a right view B of Figure 1; Figure 4 illustrates a partial sectional view of a beam according to section CC of Figure 2; Figure 5 illustrates a partial bottom view along D-D of Figure 4;
- la figure 6 illustre une vue principale isolée du caisson 7 du brûleur de la figure 1 ;FIG. 6 illustrates an isolated main view of the box 7 of the burner of FIG. 1;
- les figures 7, 8, 9 illustrent respectivement différentes vues de la figure 6 : une vue en coupe selon E-E, une vue de droite selon F, et une vue de gauche selon G; les figures 10, 11 et 11A illustrent respectivement une vue principale isolée du tube central 13 du brûleur de la figure 1 , une vue de gauche selon H et une vue de droite; - la figure 12 illustre une vue principale isolée de la perche centrale 50 selon la figure 1 ;- Figures 7, 8, 9 respectively show different views of Figure 6: a sectional view along E-E, a right view along F, and a left view along G; Figures 10, 11 and 11A respectively illustrate an insulated main view of the central tube 13 of the burner of Figure 1, a left view along H and a right view; - Figure 12 illustrates an isolated main view of the central pole 50 according to Figure 1;
- la figure 13 illustre une vue d'une variante de réalisation d'un cône de brûlage de la perche centrale;FIG. 13 illustrates a view of an alternative embodiment of a burning cone of the central pole;
- la figure 14 illustre un détail I de la figure 9; - les figures 15, 16 illustrent respectivement les coupes selon L-L et K-K de la figure 14;- Figure 14 illustrates a detail I of Figure 9; FIGS. 15 and 16 respectively show the sections along LL and KK of FIG. 14;
A la figure 1 , est montrée une installation 1 pour la combustion de gaz combustible pauvre utilisant un brûleur 2 disposé entre quatre parties principales ZA, ZB, ZC, ZD séparées par trois parois 3, 4, 5.In FIG. 1 is shown a plant 1 for the combustion of lean fuel gas using a burner 2 arranged between four main parts ZA, ZB, ZC, ZD separated by three walls 3, 4, 5.
Les parties représentent respectivement, une zone ZA foyer où se réalise la combustion, une zone ZB contenant ou en communication avec le gaz pauvre combustible, une zone ZC contenant ou en communication avec de l'air de combustion, une zone ZD extérieure à l'installation accessible aux personnes.The parts represent, respectively, a combustion zone ZA where combustion is carried out, a zone ZB containing or in communication with the combustible lean gas, a zone ZC containing or in communication with combustion air, a zone ZD external to the combustion zone. installation accessible to people.
L'installation est par exemple une installation de production de vapeur surchauffée de 40 T/heure dans laquelle il faut brûler du gaz de hauts fourneaux, à température ambiante, (humidité= 2,5% d'H2O en volume) alimenté sous faible pression (<300 mm CE en pression relative) et d'une composition moyenne sur gaz sec: N2=58%, H2=I , 7%, CO2=20,3%, CO=20% (PCI=660 Kcal/m3n). Les produits de combustion devant contenir moins de 50 ppm de CO avec moins de 1% d'oxygène dans ces fumées. L'inflammabilité de ce gaz intervient lorsqu'il y a 35 % à 73 % de gaz dans le mélange.The installation is for example a superheated steam production facility of 40 T / hour in which blast furnace gas must be burnt at ambient temperature (humidity = 2.5% H 2 O by volume) fed low pressure (<300 mm CE in relative pressure) and an average composition on dry gas: N 2 = 58%, H 2 = I, 7%, CO 2 = 20.3%, CO = 20% (PCI = 660 Kcal / m3n). Combustion products that must contain less than 50 ppm CO with less than 1% oxygen in these fumes. The flammability of this gas occurs when there is 35% to 73% of gas in the mixture.
Le brûleur comprend un nez de combustion 6 débouchant dans la zone A du foyer; le nez est centré sur un axe central X qui se trouve être en l'occurrence, l'axe principal du brûleur dans la mesure où celui-ci possède une forme générale de révolution autour de cet axe.The burner comprises a combustion nose 6 opening into zone A of the hearth; the nose is centered on a central axis X which is in this case, the main axis of the burner to the extent that it has a general shape of revolution around this axis.
Le brûleur comporte également des moyens d'alimentation de ce nez, qui sont aptes à éjecter un flux d'air et de gaz combustible en rotation autour d'un axe central centré sur le nez de combustion.The burner also comprises supply means for this nose, which are able to eject a flow of air and fuel gas in rotation about a central axis centered on the combustion nose.
Ce nez, constituant l'extrémité avant du brûleur, est destiné à recevoir devant ou sur lui, à gauche de la figure, un flux de gaz combustible et d'air de combustion qui est mis en rotation autour de l'axe central, avec des moyens d'alimentation de ce nez prévus à cet effet, que l'on décrit ultérieurement.This nose, constituting the front end of the burner, is intended to receive in front of or on it, on the left of the figure, a flow of combustible gas and air combustion which is rotated about the central axis, with supply means of this nose provided for this purpose, which is described later.
Le brûleur comprend également un caisson central 7 relié au nez et en amont de lui (par rapport au sens d'écoulement des flux), disposé dans la zone ZB entre les parois 3 et 4, et ayant au moins une lumière 8 débouchant dans cette zone ZB.The burner also comprises a central box 7 connected to the nose and upstream of it (with respect to the direction of flow flow), arranged in the zone ZB between the walls 3 and 4, and having at least one opening 8 opening in this zone ZB.
Dans la zone ZC se trouve une extrémité arrière 7B du brûleur reliée au caisson 7, en amont de celui-ci, et présentant au moins un accès pour au moins une arrivée d'air de combustion de la zone ZC.In the zone ZC is a rear end 7B of the burner connected to the box 7, upstream thereof, and having at least one access for at least one combustion air inlet of the zone ZC.
L'alimentation en air dans l'exemple préféré s'effectue totalement par la face arrière du brûleur pour plusieurs avantages :The air supply in the preferred example is carried out completely by the rear face of the burner for several advantages:
- garantir l'étanchéité de l'ensemble, - faciliter l'accès aux commandes d'air de pré-mélange,- guarantee the tightness of the assembly, - facilitate access to the pre-mix air controls,
- pouvoir installer le brûleur en caisson d'air,- to be able to install the burner in box of air,
- pouvoir, selon l'application, réaliser des alimentations séparées de différents airs de combustion.- Power, according to the application, realize separate power supplies of different combustion airs.
Dans la zone ZD, débouchent différents tuyaux qui s'étendent entre le foyer et l'extérieur, en traversant le brûleur et parmi lesquels on trouve, le cas échéant, un tuyau d'amenée de gaz riche, un tube de contrôle des flammes, un tuyau d'allumage ou autres tuyaux ou équipement connu de l'homme de l'art (non représenté).In the zone ZD, open various pipes which extend between the hearth and the outside, while passing through the burner and among which one finds, if necessary, a pipe of supply of rich gas, a tube of control of the flames, an ignition pipe or other pipes or equipment known to those skilled in the art (not shown).
Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le procédé peut comprendre une première étape dans laquelle on scinde un flux d'air destiné à la combustion en au moins un flux d'air de pré-mélange et un flux d'air complémentaire. L'air complémentaire est constitué d'au moins un flux d'air central et/ou d'un flux d'air périphérique.According to one embodiment of the invention, the method may comprise a first step in which a flow of air for combustion is split into at least one pre-mix air stream and an air stream. complementary. The complementary air consists of at least one central air flow and / or a peripheral air flow.
Dans l'exemple illustré, on utilise à la fois le flux d'air central et périphérique pour une meilleure efficacité et souplesse d'utilisation et la scission s'effectue par différentes entrées de l'air à l'arrière du brûleur ou cheminement de l'air dans le brûleur. A cet effet, dans l'exemple de réalisation illustré, le brûleur est configuré pour diviser l'air provenant de l'espace ZC en plusieurs flux. Il comprend plusieurs arrivées ou accès sur son extrémité arrière : un accès central 9 pour recevoir une arrivée de flux d'air central, un accès 10 périphérique pour recevoir une arrivée d'air périphérique, et au moins un accès principal 1OA pour recevoir une arrivée d'air de pré-mélange. D'autres accès peuvent être ajoutés comme indiqué ultérieurement.In the illustrated example, both the central and peripheral air flow are used for greater efficiency and flexibility of use and the split is effected by different air inlets at the rear of the burner or flow path. the air in the burner. For this purpose, in the exemplary embodiment illustrated, the burner is configured to divide the air coming from the space ZC into several streams. It comprises several arrivals or access on its rear end: a central access 9 to receive a central air flow inlet, a peripheral access 10 to receive a peripheral air inlet, and at least a main access 10A to receive an arrival premix air. Other accesses can be added as indicated later.
Dans une variante de mise en oeuvre, cette étape de division pourrait s'effectuer autrement, par exemple par des tuyaux externes à l'extérieur du brûleur, et chacun des flux d'air pourrait être amené par ces tuyaux indépendants et externes.In an alternative embodiment, this division step could be done differently, for example by external pipes outside the burner, and each of the air flows could be brought by these independent and external pipes.
Dans une seconde étape de ce mode de mise en oeuvre, on éjecte devant le nez de combustion un flux de pré-mélange, contenant un mélange d'air de prémélange et de gaz combustible, en rotation autour de l'axe central, le flux de prémélange étant non inflammable dans la mesure où il est mélangé à un taux éloigné des plages d'inflammabilité, par exemple supérieur à un seuil d'inflammabilité. En effet dans l'exemple décrit, on passe d'un taux de gaz pauvre de 100% à un taux de 80-85% de gaz (dans le mélange gaz+air) alors que les limites d'inflammabilité sont de 30 à 73% de gaz dans le mélange.In a second step of this embodiment, a premix flow is introduced in front of the combustion nose, containing a mixture of premix air and combustible gas, rotating about the central axis, the flow premixing being non-flammable to the extent that it is mixed at a rate remote from the flammability ranges, for example greater than a flammability threshold. In fact, in the example described, a 100% lean gas rate is increased to a rate of 80-85% of gas (in the gas + air mixture) while the flammability limits are 30 to 73%. % of gas in the mixture.
Cela suppose que le pré-mélange et la mise en rotation de ce dernier soient effectués au préalable, comme exposé ci-après.This assumes that premixing and spinning of the latter is done beforehand, as explained below.
Pour améliorer la combustion et assurer un bon accrochage de flamme, il est intéressant et important de réaliser un pré-mélange le plus important possible et Ie plus tôt possible.To improve the combustion and ensure a good flame retention, it is interesting and important to carry out a pre-mix as much as possible and as soon as possible.
Pour cette seconde étape, le brûleur, dans l'exemple décrit, est configuré pour réaliser le pré-mélange au préalable à l'intérieur de lui-même, en l'occurrence dans un espace 16 dit de pré-mélange du caisson 7. II est également configuré pour mettre le pré-mélange en rotation. Cette rotation, dans l'exemple illustré, est réalisée de préférence également dans le caisson en amont du nez de combustion.For this second step, the burner, in the example described, is configured to carry out premixing beforehand inside itself, in this case in a space 16 called pre-mixing of the box 7. It is also configured to rotate the premix. This rotation, in the illustrated example, is preferably also carried out in the box upstream of the combustion nose.
A cet effet, les accès d'air de pré-mélange 10A mentionnés ci-dessus débouchent dans le caisson au même titre que les lumières d'accès 8 de gaz combustible pour qu'un pré-mélange y soit effectué à l'aide de moyens de mélange 11 décrits ultérieurement.For this purpose, the pre-mixing air accesses 10A mentioned above open into the caisson as well as the access ports 8 of fuel gas so that a premix can be carried out with the aid of mixing means 11 described later.
Toutefois, dans une variante, le pré-mélange pourrait être effectué au préalable à l'extérieur du brûleur par exemple dans une enceinte prévue à cet effet dans laquelle on respecte un taux supérieur au taux d'inflammabilité.However, in one variant, the pre-mixing could be carried out beforehand outside the burner, for example in a chamber provided for this purpose in which a higher rate than the flammability rate is respected.
Pour le gaz concerné de l'exemple, le mélange s'effectue à un taux supérieur de 5 à 20 % au seuil d'inflammabilité avec un taux d'air insuffisant (des proportions allant de 78 à 95% de gaz dans le mélange).For the gas concerned of the example, the mixture is carried out at a level 5 to 20% higher than the flammability threshold with an insufficient air ratio (proportions ranging from 78 to 95% of gas in the mixture) .
Pour des raisons de sécurité et d'efficacité, on préfère adopter un taux inférieur de 10 à 20% de l'air total à fournir.For reasons of safety and efficiency, it is preferred to adopt a lower rate of 10 to 20% of the total air to be supplied.
Dans une variante, pour certaines applications, on pourrait mettre en oeuvre le procédé en réalisant un pré-mélange avec un taux de gaz combustible insuffisant dans les mêmes proportions de 5 à 20% ou avec des proportions différentes pour des applications particulières de bio gaz ou de brûlages de COV.Alternatively, for certain applications, the process could be implemented by performing a premix with an insufficient fuel gas content in the same proportions of 5 to 20% or with different proportions for particular applications of bio gas or VOC burns.
Dans une troisième étape de mise en oeuvre, on éjecte le flux complémentaire au centre du flux de pré-mélange par le biais du flux d'air complémentaire central et/ou autour du flux de pré-mélange par le biais du flux d'air complémentaire périphérique, de manière à atteindre le seuil d'inflammabilité au nez de combustion.In a third implementation step, the complementary flow is ejected at the center of the premix flow through the central complementary air flow and / or around the pre-mix flow via the air flow. additional peripheral, so as to reach the flammability threshold at the combustion nose.
Dans l'exemple décrit, l'éjection du flux complémentaire s'effectue à la fois au centre et en périphérie de manière à atteindre un meilleur mélange final. A cet effet, le brûleur est configuré pour faire déboucher le flux de prémélange en forme de couronne 12 situé entre un tuyau central 13 et la périphérie 14 de l'extrémité avant du caisson.In the example described, the ejection of the complementary flow takes place both at the center and at the periphery so as to achieve a better final mixture. For this purpose, the burner is configured to open the crown-shaped premix flow 12 located between a central pipe 13 and the periphery 14 of the front end of the box.
Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, le flux de pré-mélange est obtenu par incorporation d'air de pré-mélange dans du gaz combustible.According to one embodiment of the method, the pre-mix flow is obtained by incorporating premix air into combustible gas.
En effet, les combustibles pauvres, généralement résiduels, sont distribués sous très faibles pressions et compte tenu des volumes importants souvent mis en jeu, il est important de faciliter l'écoulement de ces gaz par des effets d'entraînements mécaniques.Indeed, poor fuels, generally residual, are distributed under very low pressures and given the large volumes often involved, it is important to facilitate the flow of these gases through the effects of mechanical drives.
Pour cette mise en oeuvre, le brûleur comporte les moyens d'incorporation 11 mentionnés précédemment qui injectent de l'air dans le gaz combustible.For this implementation, the burner comprises the incorporation means 11 mentioned above which inject air into the fuel gas.
L'incorporation est effectuée directement dans une enceinte du caisson ayant un espace de pré-mélange 16 (figure 2) délimité entre un tuyau central 13 et une paroi interne 31 du caisson.The incorporation is carried out directly in an enclosure of the box having a premix space 16 (Figure 2) delimited between a central pipe 13 and an inner wall 31 of the box.
Selon un mode de mise en oeuvre, l'incorporation est réalisée par injection d'air de pré-mélange, à une entrée du gaz combustible dans le brûleur de manière à:According to one embodiment, the incorporation is carried out by injecting premix air at an inlet of the fuel gas into the burner so as to:
- entraîner le gaz combustible dans un espace de pré-mélange 16,- driving the fuel gas in a premix space 16,
- réaliser le pré-mélange par des turbulences résultant de l'injection,- Make the premix by turbulence resulting from the injection,
- et diriger le pré-mélange en direction du nez de combustion tout en initiant une rotation autour de l'axe central.and directing the premix in the direction of the combustion nose while initiating a rotation around the central axis.
A cet effet, le brûleur comporte des moyens d'injection comprenant des buses 17 ou orifices calibrés directionnels à fort débit disposés dans les moyens d'incorporation 11 profilés et orientés vers l'espace de pré-mélange 16 au niveau des lumières 8.For this purpose, the burner comprises injection means comprising nozzles 17 or high-flow directional calibrated orifices arranged in the profiled means of incorporation 11 and oriented towards the premix space 16 at the level of the openings 8.
Le gaz situé à proximité et autour des lumières 8 est entraîné par la dépression générée par les jets d'air en sortie des buses dirigées par l'orientation des jets et mélangés par les turbulences des jets. Un mouvement de rotation du mélange est également initié à ce niveau dans l'espace de pré-mélange par l'orientation des jets d'air.The gas located near and around the lights 8 is driven by the depression generated by the air jets at the outlet of the nozzles directed by the orientation of the jets and mixed by the turbulence of the jets. A rotation of the mixing is also initiated at this level in the premix space by the orientation of the air jets.
Ces moyens d'injection ont de préférence un régime permanent.These injection means preferably have a steady state.
Les moyens d'incorporation peuvent comprendre également de préférence des deuxièmes moyens d'injection d'air de pré-mélange. Ces moyens d'injection sont disposés de manière à réaliser une incorporation d'air parallèlement à l'axe central et en dirigeant le flux de pré-mélange en direction du nez de combustion.The incorporation means may also preferably comprise second premix air injection means. These injection means are arranged so as to achieve an incorporation of air parallel to the central axis and directing the flow of premix in the direction of the combustion nose.
Ces moyens d'injection ont de préférence un régime progressif selon le niveau de puissance utilisée.These injection means preferably have a progressive regime according to the power level used.
Ces seconds moyens d'injection peuvent être formés, comme dans l'exemple illustré, de tubes 21 autour d'orifices 22 dans la paroi 23 de l'extrémité arrière du brûleur (fig. 3, 10, 11). Ces tubes ont de préférence des longueurs différentes et sont au nombre de cinq dans l'exemple. Ils s'étendent à l'intérieur de l'espace de pré-mélange à partir d'arrivées d'air ou d'orifices 22 disposées sur la paroi 23 ou face arrière du brûleur.These second injection means may be formed, as in the illustrated example, of tubes 21 around orifices 22 in the wall 23 of the rear end of the burner (FIGS 3, 10, 11). These tubes preferably have different lengths and are five in the example. They extend inside the premix space from air inlets or orifices 22 disposed on the wall 23 or rear face of the burner.
Les orifices 22 sont de préférence obturés par des clapets (non illustrés) manœuvrables par des ressorts tarés ou des commandes électriques.The orifices 22 are preferably closed by valves (not shown) operable by calibrated springs or electrical controls.
Les clapets peuvent être disposés sur les orifices avec ou sans tubes. Les tubes permettent, d'une part, d'éviter que les écoulements respectifs ne se perturbent et, d'autre part, d'amener de l'air en des points différents avec une garantie de sa distribution.The valves can be arranged on the orifices with or without tubes. The tubes make it possible, on the one hand, to prevent the respective flows from being disturbed and, on the other hand, to bring air to different points with a guarantee of its distribution.
Les orifices ont une taille déterminée de manière à éviter de se trouver trop massivement dans les limites d'inflammabilité, et qu'il y ait localement des conditions favorables à une combustion qui détériorerait le brûleur.The orifices have a size determined so as to avoid being too massively within the flammability limits, and that there are locally favorable conditions for combustion that would deteriorate the burner.
En variante, on pourrait réaliser l'incorporation de gaz dans l'air, par exemple en permutant les différentes arrivées et en réglant les débits respectifs. Cette variante est envisageable notamment pour réchauffer de grands volumes d'air (applications de séchages) ou brûler des COV. Dans ce cas, le gaz de pré-mélange remplacerait l'air de pré-mélange et les écoulements, le pré-mélange pourrait être inchangé et les écoulements centraux et périphériques pourraient concerner par exemple du gaz combustible au lieu d'air de combustion.Alternatively, one could realize the incorporation of gas in the air, for example by permuting the different arrivals and by adjusting the respective flow rates. This variant is possible in particular for heating large volumes of air (drying applications) or burn VOCs. In this case, the premix gas would replace the premix air and the flows, the premix could be unchanged and the central and peripheral flows could concern for example combustible gas instead of combustion air.
Selon un mode de mise en oeuvre, le flux d'air complémentaire central est éjecté en rotation devant le nez de combustion et en écoulement divergent pour pénétrer le flux de pré-mélange et le flux d'air complémentaire périphérique est éjecté en écoulement convergeant et en forte rotation spiralée.According to one embodiment, the central complementary air flow is ejected in rotation in front of the combustion nose and in divergent flow to penetrate the premix flow and the peripheral complementary air flow is ejected in convergent flow and in strong spiral rotation.
A cet effet, le brûleur est configuré dans l'exemple avec un déflecteur conique 18 en sortie du tuyau central 13 et des ailettes 19 dans le tuyau qui mettent le flux d'air central en rotation. D'autres moyens équivalents peuvent également convenir, comme par exemple, des orifices calibrés directionnels ou des lumières orientées dans une paroi de séparation.For this purpose, the burner is configured in the example with a conical deflector 18 at the outlet of the central pipe 13 and fins 19 in the pipe which put the central air flow in rotation. Other equivalent means may also be suitable, for example, calibrated directional or oriented openings in a partition wall.
De préférence, l'air central est divergent avec un angle au sommet de 60 à 180° ou de 30 à 90° par rapport à l'axe du brûleur.Preferably, the central air is divergent with an apex angle of 60 to 180 ° or 30 to 90 ° with respect to the burner axis.
Cette éjection ainsi produite permet d'obtenir une bonne pénétration de l'air dans le pré-mélange de manière à compléter au mieux le taux d'air manquant.This ejection thus produced makes it possible to obtain good penetration of the air into the premix so as to best complete the missing air ratio.
Le flux d'air central de l'exemple a préalablement pénétré l'entrée 9 dans le conduit interne du tuyau 13, dans l'espace annulaire autour de la perche centrale 51.The central air flow of the example has previously penetrated the inlet 9 in the inner pipe of the pipe 13, in the annular space around the central pole 51.
Le cas échéant, cet air central peut avoir une autre fonction expliquée ultérieurement, qui est de venir alimenter à sa base d'éjection un gaz riche qui serait distribué en couronne autour de l'air central, lors de son utilisation en particulier lors de démarrages ou d'insuffisances de gaz pauvre.If necessary, this central air can have another function explained later, which is to come to feed at its ejection base a rich gas which would be distributed in a ring around the central air, during its use especially at startups or poor gas deficiency.
Quant à l'air complémentaire périphérique, le brûleur est configuré avec des buses d'injection 20a, 20b disposées sur une couronne 14 de l'extrémité ou face avant du caisson 26a. Les buses sont orientées à la fois tangentiellement à un cercle centré sur l'axe central et orientées vers l'avant. La rotation spiralée est obtenue par cette double inclinaison des buses.As for the additional peripheral air, the burner is configured with injection nozzles 20a, 20b disposed on a ring 14 of the end or front face of the box 26a. The nozzles are oriented both tangentially to a circle centered on the central axis and facing forward. The spiral rotation is obtained by this double inclination of the nozzles.
L'air périphérique enveloppe le flux de gaz pauvre et en accentue la rotation. Il est distribué à grande vitesse et optimise le mélange.The peripheral air envelops the flow of lean gas and accentuates the rotation. It is distributed at high speed and optimizes the mixture.
Les buses 20a, 20b sont alimentées par l'espace de pré-éjection périphérique 30 situé dans une double paroi du caisson à l'avant du caisson, lui- même alimenté par les moyens d'arrivée 10A ménagés au voisinage de l'extrémité arrière 26b du caisson.The nozzles 20a, 20b are fed by the peripheral pre-ejection space 30 located in a double wall of the box at the front of the box, itself fed by the arrival means 10A formed near the rear end 26b of the box.
On va décrire ci-après des sous-parties du brûleur, en référence aux figures correspondantes, à savoir, le caisson, le tube central et la perche centrale.Sub-parts of the burner will be described below with reference to the corresponding figures, namely, the box, the central tube and the central pole.
Le caisson du brûleur :The burner box:
En référence aux figures 6 à 9, le caisson 7 a une forme générale de révolution et comporte :With reference to FIGS. 6 to 9, the box 7 has a general shape of revolution and comprises:
- une double paroi périphérique formée d'une paroi externe 24 et interne 25, - une extrémité ou face avant 26a, formée d'une couronne 14 comportant les moyens d'injection périphérique 20a, 20b;a double peripheral wall formed of an external and internal wall 25, an end or front face 26a, formed of a ring 14 comprising the peripheral injection means 20a, 20b;
- une extrémité ou face arrière 7B comportant des différentes arrivées ou alimentations 10, 10A au moins en flux d'air périphérique et de pré-mélange,one end or rear face 7B comprising different feeds or feeds 10, 10A at least in peripheral air flow and premix,
- un espace 27 de circulation d'air délimité par la double paroi permettant de mettre les deux extrémités 26a et 26b en communication,a space 27 of air circulation delimited by the double wall making it possible to put the two ends 26a and 26b in communication,
- des lumières d'admission 8 sur la double paroi périphérique, ces lumières étant destinées à s'interfacer entre un espace interne 16 dans le caisson dit espace de pré-mélange et l'extérieur.- Admission ports 8 on the double wall device, these lights being intended to interface between an internal space 16 in the box said premix space and the outside.
- des conduites, en forme de poutres creuses 11, situées dans l'épaisseur de la double paroi. Ces conduites s'étendent entre les lumières 8, entre un espace de réception de flux d'air 10A ou arrivée disposé à l'extrémité arrière 7B et un espace de pré-éjection 30 de l'air périphérique situé à l'extrémité avant.pipes, in the form of hollow beams 11, located in the thickness of the double wall. These lines extend between the lights 8, between an airflow reception space 10A or arrival disposed at the rear end 7B and a pre-ejection space 30 of the peripheral air located at the front end.
- des buses d'injection d'air de pré-mélange 17 disposées sous les conduites. Ces buses sont configurées de manière à réaliser ladite première injection permanente d'air de pré-mélange; ces conduites et les buses font parties des moyens d'incorporation mentionnés précédemment.- Premix air injection nozzles 17 arranged under the pipes. These nozzles are configured to perform said first permanent injection of premix air; these pipes and the nozzles are part of the incorporation means mentioned above.
Ces buses sont en fait des perçages de sortie ménagés dans la couronne dont une des fonctions est de fermer l'extrémité avant de la double paroi du caisson; l'autre extrémité arrière de la double paroi étant fermée par une paroi 23B.These nozzles are in fact exit holes formed in the ring, one of whose functions is to close the front end of the double wall of the box; the other rear end of the double wall being closed by a wall 23B.
Ces perçages communiquent avec l'espace de pré-éjection 30 de la double paroi et débouchent à l'extérieur à travers une paroi interne du caisson; les buses sont disposées sur la couronne en étant décalées par rapport à l'axe radial R du caisson et inclinées vers l'avant par rapport à un plan perpendiculaire au caisson.These holes communicate with the pre-ejection space 30 of the double wall and open out through an inner wall of the box; the nozzles are disposed on the ring being offset with respect to the radial axis R of the box and inclined forwardly relative to a plane perpendicular to the box.
Les buses sont décalées et inclinées de différentes manières selon une alternance. Les angles proposés sont spécifiques à cette puissance de brûleur, mais seraient fatalement modifiés pour une autre taille de brûleur. Ces angles sont déterminés pour que les jets des orifices consécutifs ne se perturbent pas, et qu'ils ne viennent pas percuter l'extrémité du tube 13 ni gêner l'écoulement des fluides sortant de la couronne de gaz contenue entre 13 et 56, ni l'air complémentaire central divergent. Ce cône divergent doit quasiment « s'engrener » avec le jet complémentaire périphérique convergent dont l'angle est le plus fermé (ici 15°).The nozzles are offset and inclined in different ways alternately. The proposed angles are specific to this burner power, but would inevitably be modified for another size of burner. These angles are determined so that the jets of the consecutive orifices do not disturb, and they do not come to strike the end of the tube 13 nor hinder the flow of fluids leaving the gas ring contained between 13 and 56, nor the complementary central air diverges. This diverging cone must almost "mesh" with the convergent peripheral complementary jet whose angle is the most closed (here 15 °).
L'angle de l'orifice suivant est plus ouvert afin de continuer plus loin dans la rotation le travail de l'orifice précédent.The angle of the next orifice is more open in order to continue the work of the previous orifice further in the rotation.
Une première série de buses (20a) peut être inclinée de 5° à 45 ° vers l'avant, (15° préféré dans l'exemple de réalisation) et de 30 à 65° par rapport à l'axe radial (R), (44° préféré dans l'exemple) et une seconde série de buses (20b) inclinées de 25 à 65° vers l'avant (45° préféré dans l'exemple), et de 30 à 70 ° par rapport à l'axe radial (53° préféré dans l'exemple).A first series of nozzles (20a) can be inclined from 5 ° to 45 ° forwards, (15 ° preferred in the embodiment) and from 30 to 65 ° with respect to the radial axis (R), (44 ° preferred in the example) and a second series of nozzles (20b) inclined 25 to 65 ° forward (45 ° preferred in the example), and 30 to 70 ° relative to the axis radial (53 ° preferred in the example).
Le caisson peut comporter également des orifices 55 disposés sur la paroi interne 25 au niveau de la chambre de pré-éjection 30. Ces orifices permettent d'alimenter le dispositif à ailettes 37 à partir de la chambre 30 pour améliorer le mélange air /gaz pauvre entre les ailettes. Le tube central :The box may also include orifices 55 disposed on the inner wall 25 at the pre-ejection chamber 30. These orifices make it possible to feed the fin device 37 from the chamber 30 to improve the poor air / gas mixture. between the fins. The central tube:
En référence aux figures 10 et 11 , un tube central 13, destiné à être monté centré sur l'axe central, est dimensionné pour s'étendre longitudinalement entre les deux extrémités du caisson et les mettre en communication.Referring to Figures 10 and 11, a central tube 13, intended to be mounted centered on the central axis, is sized to extend longitudinally between the two ends of the box and put in communication.
Ce tube comporte :This tube comprises:
- une surface externe 35 destinée à délimiter l'espace de pré-mélange avec la paroi interne 25 ou face interne 31 de la double paroi du caisson, et une surface interne 52;an outer surface 35 intended to delimit the premixing space with the inner wall 25 or inner face 31 of the double wall of the box, and an inner surface 52;
- des moyens de fixation au caisson et de réception d'un caisson 36 à air ou à gaz disposé(s) à l'arrière du tube;means for fastening to the box and receiving an air or gas box 36 disposed at the rear of the tube;
- un premier dispositif à ailettes 37, disposé à l'avant du tube; lesdites ailettes 37 s'étendant dans l'espace d'écoulement du pré-mélange entre la paroi externe 35 du tube et la paroi interne du caisson 25 ou face interne 31; elles sont profilées de manière à créer une rotation du flux de pré-mélange lors de son écoulement vers la sortie du caisson ; un espace entre le caisson et le tube forme un conduit 38 (fig. 1) en forme de couronne destiné à véhiculer le flux d'air de prémélange ; - une paroi 23 formant un épaulement radial du tube central, ladite paroi séparant l'espace de pré-mélange avec l'arrière du tube central lui-même en communication avec le caisson à air.a first fin device 37, disposed at the front of the tube; said fins 37 extending in the flow space of the premix between the outer wall 35 of the tube and the inner wall of the box 25 or inner face 31; they are profiled so as to create a rotation of the premix flow as it flows towards the outlet of the box; a space between the box and the tube forms a ring-shaped conduit 38 (FIG 1) for conveying the premix air flow; - A wall 23 forming a radial shoulder of the central tube, said wall separating the premix space with the rear of the central tube itself in communication with the air box.
La perche centrale: En référence à la figure 12, la perche centrale 51 est destinée à être disposée dans le tube central 13 et centrée sur l'axe central.The central pole: With reference to FIG. 12, the central pole 51 is intended to be disposed in the central tube 13 and centered on the central axis.
Le brûleur comporte également un second dispositif à ailettes 19 disposé à l'intérieur et au voisinage de l'avant du tube central.The burner also has a second fin device 19 disposed within and adjacent the front of the central tube.
Les ailettes sont fixées dans l'exemple, sur la perche centrale 51 qui traverse le tube central; elles sont destinées à s'étendre de la surface de la perche 50 jusqu'à la paroi interne 52 du tube central.The fins are fixed in the example on the central pole 51 which passes through the central tube; they are intended to extend from the surface of the pole 50 to the inner wall 52 of the central tube.
Le brûleur peut comporter également un "cône de brûlage" 18 formant déflecteur situé en aval du tube central et espacé de lui de manière à effectuer un échappement divergent du flux d'air central. Dans l'exemple illustré, le cône de brûlage est disposé à l'extrémité avant de la perche axiale 51.The burner may also comprise a "burning cone" 18 forming a deflector located downstream of the central tube and spaced from it so as to effect a exhaust diverging from the central air flow. In the illustrated example, the burning cone is disposed at the front end of the axial pole 51.
Le gaz est éjecté à l'extrémité de la perche, selon un angle divergent défini par une série d'orifices calibrés 54 disposés en couronne autour du déflecteur conique 18 qui permet d'éjecter ce gaz sur une circonférence maximale, afin que les jets éventuels de gaz riche prennent naissance au plus près de l'air de combustion central, et aient une impulsion maximale en percutant l'écoulement de gaz pauvre.The gas is ejected at the end of the pole, at a divergent angle defined by a series of calibrated orifices 54 arranged in a ring around the conical baffle 18 which allows ejection of this gas on a maximum circumference, so that the possible jets Rich gas originates as close to the central combustion air, and have a maximum pulse by striking the poor gas flow.
De préférence, pour de meilleurs résultats, le déflecteur conique peut être un déflecteur 18b comportant une dentelure périphérique 52, et ayant des orifices centraux 53 débouchant à l'intérieur du conduit de la perche centrale.Preferably, for best results, the conical baffle may be a deflector 18b having a peripheral serration 52, and having central orifices 53 opening into the conduit of the central pole.
D'une manière générale, le brûleur est dimensionné pour recevoir, en régime normal de fonctionnement, une éjection de flux complémentaire à une très grande vitesse supérieure à 100 m/s tandis que le flux de pré-mélange est éjecté à une vitesse comprise de 40 à 80 m/s.In general, the burner is sized to receive, in normal operation, a complementary flow ejection at a very high speed greater than 100 m / s while the premix flow is ejected at a speed of 40 to 80 m / s.
Le cas échéant en variante de réalisation, le brûleur peut comprendre une alimentation en gaz riche. Dans l'exemple, le gaz riche est amené sous pression en périphérie du tube central directement dans l'espace de pré-mélange.If appropriate as an alternative embodiment, the burner may comprise a rich gas supply. In the example, the rich gas is pressurized at the periphery of the central tube directly into the premix space.
De préférence, pour des brûleurs de très grandes puissances (supérieure à 20 Méga watt), le gaz riche est distribué autour du tube central de manière à se mélanger intimement avec le pré-mélange.Preferably, for burners of very high power (greater than 20 megawatts), the rich gas is distributed around the central tube so as to mix intimately with the premix.
A cet effet, le tube central peut comporter :For this purpose, the central tube may comprise:
- un caisson annulaire 36 de réception et de distribution du gaz autour de plusieurs orifices traversant la paroi arrière 23 en forme d'épaulement annulaire du tube central;an annular casing 36 for receiving and distributing the gas around a plurality of orifices passing through the rear wall 23 in the form of an annular shoulder of the central tube;
- une portion de tube 56 disposée en double paroi partielle autour du tube central de manière à véhiculer le flux entrant dans la chambre de pré-mélange jusqu'à sensiblement une mi-distance de la chambre; - et un cône de raccordement 57 de la double paroi au caisson par l'intermédiaire de l'épaulement de manière à collecter le gaz riche;a portion of tube 56 arranged in partial double wall around the central tube so as to convey the flow entering the premix chamber to substantially a half distance from the chamber; and a connecting cone 57 of the double wall to the box via the shoulder so as to collect the rich gas;
- accessoirement, un déflecteur annulaire 58 placé à distance de l'extrémité de la double paroi de manière à faire diverger le gaz riche et favoriser un brassage avec l'air;- incidentally, an annular baffle 58 placed at a distance from the end of the double wall so as to diverge the rich gas and promote mixing with the air;
- alternativement ou en complément au déflecteur ci-dessus, une série d'orifices, 59 calibrés et ménagés à travers le tube central, est disposé en couronne juste en amont du déflecteur 58 de manière à permettre à l'air complémentaire central d'être éjecté dans le flux de gaz riche et contribuer ainsi à le faire diverger.alternatively or in addition to the deflector above, a series of orifices, calibrated and arranged through the central tube, is arranged in a ring just upstream of the deflector 58 so as to allow the central complementary air to be ejected into the rich gas stream and thus help to make it diverge.
Selon une variante de réalisation, le caisson 36 peut être relié à un tube d'alimentation en gaz riche (les orifices 10A2 étant obturés) ou un autre caisson 36B (non représenté) enveloppant le caisson 36 et étant relié au tube d'alimentation. Des orifices calibrés disposés selon un angle divergent peuvent être ménagés dans une bague reliant les deux tubes 13 et 56B à l'extrémité avant.According to an alternative embodiment, the box 36 may be connected to a rich gas supply tube (the orifices 10A2 being closed) or another box 36B (not shown) enveloping the box 36 and being connected to the feed tube. Calibrated orifices arranged at a divergent angle may be formed in a ring connecting the two tubes 13 and 56B to the front end.
Eventuellement, la portion de tube 56 (double paroi) peut s'étendre jusqu'à l'extrémité du tube central 13 formant une double paroi centrale 56B de manière à éjecter le gaz riche directement au nez de combustion autour de l'air central.Optionally, the tube portion 56 (double wall) may extend to the end of the central tube 13 forming a central double wall 56B so as to eject the rich gas directly to the combustion nose around the central air.
Par contre pour des brûleurs de moindre puissance (par exemple inférieur à 20 Méga Watt), le gaz riche est amené toujours sous pression mais dans la perche centrale. Il est éjecté, selon un angle divergeant défini, par une série d'orifices calibrés 53 disposés en couronne autour d'un dispositif particulier (déflecteur à dentelures périphériques 52 ) qui permet d'éjecter ce gaz sur une circonférence maximale, afin que les jets de gaz riche prennent naissance au plus près de l'air de combustion, et aient une impulsion maximale en percutant l'écoulement de gaz pauvre.On the other hand for less powerful burners (for example less than 20 Mega Watt), the rich gas is always brought under pressure but in the central pole. It is ejected, at a defined divergent angle, by a series of calibrated orifices 53 arranged in a ring around a particular device (deflector with peripheral serrations 52) which makes it possible to eject this gas on a maximum circumference, so that the jets Rich gas originates as close to the combustion air, and have a maximum pulse by striking the poor gas flow.
Ces configurations ci-dessus permettent d'obtenir une flamme consistante et de structure continue et de surface maximale (optimisation des transferts thermiques dans le foyer). Le gaz riche est ainsi alimenté en air de combustion à sa base quelle que soit la composition/ proportion des combustibles : gaz unique et pur ou gaz en mélanges. Le brûleur est conçu en modules mécano- soudés permettant un maximum de souplesse et de facilité de conception, d'adaptation, de construction, d'installation et d'entretien, sachant que : - l'air de combustion peut être plus ou moins chaud,These configurations allow to obtain a consistent flame and continuous structure and maximum surface (optimization of heat transfer in the home). The rich gas is thus supplied with combustion air at its base whatever the composition / proportion of the fuels: single and pure gas or gas mixtures. The burner is designed in mechanically welded modules allowing maximum flexibility and ease of design, adaptation, construction, installation and maintenance, knowing that: - the combustion air can be more or less hot ,
- pour des installations à brûleurs multiples disposés côte à côte, les sens de rotation des fluides doivent s'engrener pour ne pas perturber la combustion et les écoulements dans le foyer,- for multiple burner installations arranged side by side, the directions of rotation of the fluids must mesh so as not to disturb the combustion and the flows in the hearth,
- il permet de remplacer facilement des brûleurs existants, - les combustibles riches peuvent être de différentes qualités.it makes it possible to replace existing burners easily, the rich fuels can be of different qualities.
On va maintenant décrire les écoulements possibles des différents flux selon un mode de fonctionnement du brûleur.The possible flows of the different flows will now be described according to a mode of operation of the burner.
Une flamme d'allumage est apportée devant le nez du brûleur par l'intermédiaire d'un tube de guidage du brûleur d'allumage 60 (fig. 1). Le circuit d'air permanent est alors activé par une pompe (non représentée) qui insuffle de l'air de combustion à l'arrière du brûleur en mettant le caisson d'alimentation d'air ZC en pression.An ignition flame is provided in front of the nose of the burner via a guide tube of the ignition burner 60 (FIG 1). The permanent air circuit is then activated by a pump (not shown) which blows combustion air at the rear of the burner by putting the air supply box ZC under pressure.
Une fraction de l'air de combustion pénètre dans la double paroi 27 du caisson (fig. 6) à travers les orifices d'entrée 10 par exemple rectangulaires et ménagés dans la paroi annulaire 23B fermant la double paroi sur l'arrière; tandis qu'une autre fraction pénètre directement le double caisson vers les buses 20a, 20b.A fraction of the combustion air enters the double wall 27 of the box (FIG 6) through the inlet orifices 10 for example rectangular and formed in the annular wall 23B closing the double wall on the back; while another fraction directly enters the double box to the nozzles 20a, 20b.
Une partie de cette fraction pénètre dans les poutres 11 (fig. 8) tandis que l'autre partie alimente directement une chambre de pré-éjection d'air périphérique 30 via une double paroi partielle du caisson (fig.7) dite d'inflexion qui est exempte de lumières et qui s'étend sur un angle environ de 90° entre des parois radiales 32 et 33.Part of this fraction enters the beams 11 (FIG 8) while the other portion directly feeds a peripheral air pre-ejection chamber 30 via a partial double wall of the box (FIG. which is free of light and extends at an angle of approximately 90 ° between radial walls 32 and 33.
Les poutres sont mises sous pression et de l'air de combustion s'échappe des buses en direction tangentielle(fig. 7) à un cercle centré sur l'axe central et vers les ailettes du premier dispositif de mise en rotation. Le gaz de combustion qui peut être sous légère pression (généralement inférieure à 200 mm CE) rentre transversalement dans le caisson sous un effet d'entraînement des jets d'air au niveau des ouvertures 8 entre les poutres 11 ; les turbulences effectuent un pré-mélange ou brassage dans l'espace de pré-mélange 16 du caisson à l'entrée du dispositif à ailettes (fig. 7) notamment par inflexion contre la paroi d'inflexion 31.The beams are pressurized and combustion air escapes from the nozzles tangentially (Fig. 7) to a circle centered on the central axis and towards the fins of the first rotating device. The flue gas which may be under slight pressure (generally less than 200 mm CE) enters transversely into the box under a driving effect of the air jets at the openings 8 between the beams 11; the turbulences carry out a premixing or stirring in the premixing space 16 of the box at the inlet of the fin device (FIG.7) notably by inflection against the inflection wall 31.
Comme les poutres débouchent également dans la chambre de pré-éjection 30 d'air périphérique, elles contribuent à y conduire de l'air en plus de celui véhiculé par l'intérieur de la double paroi d'inflexion ou de guidage 24, 25.As the beams also open into the pre-ejection chamber 30 of peripheral air, they contribute to conduct air in addition to that conveyed by the interior of the double wall inflection or guide 24, 25.
De l'air de combustion pénètre également par l'entrée 9 du tube central 13Combustion air also enters through the inlet 9 of the central tube 13
(fig. 10, 11) et débouche directement au niveau du nez 6 après être passé dans l'espace entre les ailettes du second dispositif à ailettes 19 (fig. 2) où il prend un mouvement de rotation. Cet air ressort devant le nez de manière divergente par le biais du déflecteur conique 18 placé devant.(Fig. 10, 11) and opens directly at the nose 6 after passing into the space between the fins of the second fin device 19 (Figure 2) where it takes a rotational movement. This air spring in front of the nose divergently through the conical deflector 18 placed in front.
Pendant ce temps, l'air périphérique est éjecté de la chambre 30 (fig.9, 14-16) sous forme de deux tourbillons via les buses périphériques 20a, 20b au devant du nez de combustionDuring this time, the peripheral air is ejected from the chamber 30 (FIG. 9, 14-16) in the form of two vortices via the peripheral nozzles 20 a, 20 b in front of the combustion nose.
Quand le pré-mélange arrive à la sortie avant du brûleur où il est éjecté en un tourbillon annulaire, il est pris en tenaille et brassé par les deux flux d'air central et périphérique qui le pénètrent intimement.When the premix arrives at the front exit of the burner where it is ejected in an annular whirlpool, it is caught and handled by the two central and peripheral air flows which penetrate it intimately.
Les sens de rotation des différents flux d'air peuvent être contraires à celui du flux de pré-mélange mais de préférence dans le même sens.The directions of rotation of the different air flows may be contrary to that of the pre-mix flow but preferably in the same direction.
Le cas échéant de l'air supplémentaire peut rentrer dans la chambre de prémélange par les tubes 21 ou clapets (fig.10, 11) disposés sur une paroi annulaire 23 venant en épaulement du tube central et enrichir le mélange en air.If necessary additional air can enter the premix chamber by the tubes 21 or valves (Fig.10, 11) disposed on an annular wall 23 in the shoulder of the central tube and enrich the mixture with air.
De l'air peut aussi provenir de l'arrière du caisson 36 par des orifices 10A2 et enrichir le pré-mélange. Le cas échéant (fig. 6), de l'air peut s'échapper du caisson à partir de la chambre de pré-éjection 30 à travers des orifices 55 ménagés dans la paroi inférieure du caisson et pénètre radialement dans le dispositif à ailettes 37 entre les ailettes. Cela permet d'améliorer le brassage du mélange de gaz avec l'air.Air can also come from the back of the box 36 through orifices 10A2 and enrich the premix. If appropriate (FIG 6), air can escape from the box from the pre-ejection chamber 30 through orifices 55 formed in the bottom wall of the box and penetrates radially into the fin device 37 between the fins. This improves the mixing of the gas mixture with the air.
En cas d'utilisation de plusieurs brûleurs disposés à proximité l'un de l'autre dans une chambre de combustion d'une installation, il faut veiller à ce que les différents tourbillons s'engrènent. A cet effet, l'orientation de différentes buses et d'ailettes doit être adaptée. Par exemple, les tourbillons périphériques doivent être contraires entre deux brûleurs.If several burners are used close to one another in a combustion chamber of an installation, make sure that the different vortices mesh. For this purpose, the orientation of different nozzles and fins must be adapted. For example, the peripheral vortices must be opposite between two burners.
Ainsi, l'invention procure les avantages ci-après :Thus, the invention provides the following advantages:
- La flamme est stable et bien accrochée, et on élimine toutes les vibrations dues aux instabilités de la combustion; - Aucun réglage n'est requis;The flame is stable and well hung, and all the vibrations due to the instabilities of combustion are eliminated; - No adjustment is required;
- Une parcellisation de l'air de combustion est possible en plus de deux, voire plus de trois fractions;- A parcelization of the combustion air is possible in more than two or even more than three fractions;
- Aucune nécessité de combustible de soutien pour compenser des irrégularités de mélange ou pauvreté du gaz combustible, ni des dispositifs ou équipements associés ce qui autorise une économie de combustible riche en cas de pénurie de gaz pauvre.- No need for fuel support to compensate for mixing irregularities or fuel gas poverty, or associated devices or equipment which allows a rich fuel economy in case of shortage of lean gas.
- Possibilité de fonctionner normalement en gaz riche pur et seul;- Possibility of functioning normally in pure rich gas and alone;
- Suppression du réchauffage de gaz ou de l'air de combustion résultant de la capacité du brûleur à brûler correctement des gaz à très faibles PCI (<750 Kcal/m3) en gaz froid et air froid; Généralement, le réchauffage de l'air de combustion d'un brûleur de 20 MW s'effectuait à 200 0C;- Suppression of gas heating or combustion air resulting from the burner's ability to properly burn very low LPG gases (<750 Kcal / m 3 ) in cold and cold air; Generally, the heating of the combustion air of a burner of 20 MW was carried out at 200 0 C;
- Réduction de la teneur en oxygène des fumées du fait d'une très bonne combustion grâce à un mélange air-combustible optimisé. La teneur en oxygène des fumées a été réduite à 0,6 - 1 % au lieu de 2 %; - II y a une augmentation de la température de flamme de 60 à 800C, provoquant un fort accroissement des transferts thermiques dans les foyers (+15%). La productivité de la chaudière s'en trouve de fait améliorée si la resurchauffe peut suivre; - Il y a réduction importante des pertes aux fumées (à température constante) car le volume de fumées baisse dans la même proportion que le facteur d'air, soit de 10 à 15 %. Le rendement de la chaudière s'en trouve de ce fait amélioré d'au moins 1 point. Pour une chaudière de 100 MW, cela représente plus de 10 GWh/an de combustible;- Reduction of the oxygen content of the fumes due to a very good combustion thanks to an optimized air-fuel mixture. The oxygen content of the fumes was reduced to 0.6-1% instead of 2%; - There is an increase in the flame temperature of 60 to 80 0 C, causing a sharp increase in heat transfers in households (+ 15%). The productivity of the boiler is actually improved if the reheating can follow; - There is a significant reduction in smoke losses (at constant temperature) because the volume of fumes decreases in the same proportion as the air factor, ie from 10 to 15%. The efficiency of the boiler is thereby improved by at least 1 point. For a 100 MW boiler, this represents more than 10 GWh / year of fuel;
- Réduction de la consommation électrique des ventilateurs d'air et fumées à brasser dans la mesure où les volumes d'air et de fumées à brasser étant plus réduits, il en résulte également une diminution de la taille des ventilateurs de soufflage et de tirage de l'ordre de 15 à 20 % et une réduction de leur consommation de plus de 10 %. - Reduction of the electrical consumption of the fans of air and fumes to be brewed to the extent that the volumes of air and fumes to be brewed being smaller, it also results in a decrease in the size of the blowers of blow and draw of the order of 15 to 20% and a reduction of their consumption by more than 10%.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour réaliser la combustion d'un gaz combustible pauvre à l'aide d'au moins un brûleur comprenant une tête de combustion sur un axe central (x), procédé dans lequel on crée un mélange de gaz combustible et d'air de combustion en rotation autour de l'axe central, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes selon lesquelles on éjecte devant la tête de combustion: - un flux de pré-mélange non inflammable contenant un mélange d'air de prémélange et de gaz combustible,A method for effecting the combustion of a lean fuel gas using at least one burner comprising a combustion head on a central axis (x), wherein a mixture of fuel gas and air is created of combustion in rotation about the central axis, said method being characterized in that it comprises the following steps according to which is ejected in front of the combustion head: - a flow of non-flammable premix containing a mixture of air of premix and combustible gas,
- un flux complémentaire de manière à atteindre un seuil d'inflammabilité du mélange devant le nez de combustion, le flux étant éjecté au centre du flux de prémélange par le biais d'un flux complémentaire central et/ou autour du flux de pré- mélange par le biais d'un flux complémentaire périphérique.a complementary flow so as to reach a flammability threshold of the mixture in front of the combustion nose, the flow being ejected at the center of the premix flow through a central complementary flow and / or around the premix flow through a peripheral complementary stream.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le flux complémentaire est un flux d'air.2. Method according to claim 1, characterized in that the complementary flow is an air flow.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le flux de pré-mélange est obtenu par incorporation d'air de pré-mélange dans du gaz combustible.3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the premix flow is obtained by incorporating premix air into the fuel gas.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'incorporation est effectuée dans un caisson relié au brûleur.4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the incorporation is carried out in a box connected to the burner.
5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite incorporation est réalisée, à une entrée (8) du gaz combustible dans le brûleur, par injection d'air de pré-mélange de manière à entraîner le gaz combustible dans un espace de pré-mélange, réaliser le pré-mélange par des turbulences résultant de l'injection et diriger le pré-mélange en direction de la tête de combustion tout en initiant une rotation autour de l'axe central. 5. Method according to one of claims 3 or 4, characterized in that said incorporation is carried out at an inlet (8) of the fuel gas in the burner, by injecting premix air to drive the gas fuel in a pre-mixing space, perform the premixing by turbulence resulting from the injection and direct the premix in the direction of the combustion head while initiating a rotation about the central axis.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que : a) le flux d'air complémentaire central est éjecté en rotation devant le nez ou tête de combustion et en écoulement divergent pour pénétrer le flux de pré-mélange, b) le flux d'air complémentaire périphérique est éjecté en écoulement convergeant et en forte rotation spiralée.6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that: a) the central complementary air stream is ejected in rotation in front of the nose or combustion head and in divergent flow to penetrate the flow of premix, b ) the peripheral complementary air flow is ejected converging flow and strong spiral rotation.
7. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le mélange de gaz combustible et d'air de combustion est réalisé par incorporation d'une quantité nécessaire parcellisée de l'un dans l'autre par de nombreux jets orientés.7. Method according to claim 1, characterized in that the mixture of combustible gas and combustion air is achieved by incorporating a necessary amount parceled from one into the other by many oriented jets.
8. Brûleur pour gaz combustible pauvre du type comprenant un nez ou tête de combustion sur un axe central (x) et des moyens d'alimentation d'un mélange de gaz combustible et d'air de combustion en rotation autour de l'axe central, brûleur, caractérisé en ce qu'il est configuré de manière à éjecter devant la tête de combustion (6):8. Burner for lean fuel gas of the type comprising a nose or combustion head on a central axis (x) and means for feeding a mixture of combustible gas and combustion air in rotation around the central axis burner, characterized in that it is configured to eject in front of the combustion head (6):
- un flux de pré-mélange non inflammable contenant un mélange d'air de prémélange et de gaz combustible, - un flux complémentaire de manière à atteindre un seuil d'inflammabilité du mélange devant la tête de combustion, ledit flux étant éjecté au centre du flux de pré-mélange par le biais d'un flux d'air complémentaire central et/ou autour du flux de pré-mélange par le biais d'un flux d'air complémentaire périphérique.a flow of non-flammable premix containing a mixture of premix air and combustible gas; a complementary flow so as to reach a flammability threshold of the mixture in front of the combustion head, said flow being ejected at the center of the pre-mixing flow through a central complementary air stream and / or around the premix flow through a peripheral complementary air flow.
9. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est configuré de manière à scinder un flux d'air en au moins un flux d'air de prémélange, et un flux d'air complémentaire comprenant au moins un flux d'air complémentaire central et/ou un flux d'air complémentaire périphérique.9. Burner according to the preceding claim, characterized in that it is configured to split an air flow into at least one premix air flow, and a complementary air flow comprising at least one flow of air. central complementary air and / or a peripheral complementary air flow.
10. Brûleur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est configuré de manière à éjecter : a) le flux d'air complémentaire central en rotation devant le nez de combustion et en écoulement divergent pour pénétrer le flux de pré-mélange, b) le flux d'air complémentaire périphérique en écoulement convergeant et en forte rotation spiralée.10. Burner according to one of claims 8 or 9, characterized in that it is configured to eject: a) the complementary central air flow in rotation in front of the combustion nose and in divergent flow to penetrate the flow premix, b) the additional peripheral air flow convergent flow and strong spiral rotation.
11. Brûleur selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'incorporation (11 ,17, 21) pour incorporer de l'air de prémélange dans du gaz combustible et obtenir le flux de pré-mélange.11. Burner according to one of claims 8 to 10, characterized in that it comprises incorporation means (11, 17, 21) for incorporating premix air into combustible gas and to obtain the flow of pre -mixed.
12. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens d'incorporation comprennent des moyens d'injection (17) pour réaliser, une première injection permanente d'air de pré-mélange dans un espace de prémélange (16) en amont du nez de combustion, ledit espace étant destiné à être en communication avec une enceinte (ZB) contenant le gaz combustible, ladite injection étant réalisée de manière à entraîner le gaz combustible dans l'espace de pré-mélange (16), réaliser le pré-mélange par des turbulences résultant de l'injection et diriger le pré-mélange en direction du nez de combustion (6) tout en initiant une rotation autour de l'axe central (x).12. Burner according to the preceding claim, characterized in that the incorporation means comprise injection means (17) for producing a first permanent injection of premix air in a premix space (16) upstream. of the combustion nose, said space being intended to be in communication with an enclosure (ZB) containing the fuel gas, said injection being carried out so as to entrain the fuel gas in the premix space (16), to make the mixing by turbulence resulting from the injection and direct the premix in the direction of the combustion nose (6) while initiating a rotation around the central axis (x).
13. Brûleur selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les moyens d'incorporation comprennent des deuxièmes moyens d'injection (21) d'air de pré-mélange, lesdits moyens d'injection étant disposés de manière à réaliser une incorporation d'air parallèlement à l'axe central de manière progressive, en fonction du niveau de puissance utilisée, et de manière à diriger le flux de pré-mélange en direction du nez de combustion.13. Burner according to one of claims 11 or 12, characterized in that the incorporation means comprise second injection means (21) of premix air, said injection means being arranged so as to performing an air incorporation parallel to the central axis in a progressive manner, depending on the power level used, and so as to direct the flow of premix in the direction of the combustion nose.
14. Brûleur selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson cylindrique (7) ayant :Burner according to one of Claims 8 to 13, characterized in that it comprises a cylindrical box (7) having:
- une double paroi périphérique (24, 25), une extrémité avant (26a) configurée pour déboucher en sortie le flux d'air périphérique sur le nez de combustion et une extrémité arrière (26b) configurée pour recevoir au moins des flux d'air, les deux extrémités communiquant entre elles au moins par le biais d'un espace de circulation d'air (27) délimité par la double paroi,- a peripheral double wall (24, 25), a front end (26a) configured to output the peripheral air flow on the combustion nose and a rear end (26b) configured to receive at least air streams both ends communicating with each other at least through an air circulation space (27) delimited by the double wall,
- des lumières d'admission (8) sur la double paroi périphérique étant destinées à s'interfacer entre un espace interne dans le caisson dit espace de prémélange (16) et l'extérieur (ZB) dans une enceinte contenant le gaz, - des conduites, en forme de poutres creuses (11), situées dans l'épaisseur de la double paroi et s'étendant entre les lumières (8), entre un espace de réception (10) de flux d'air disposé à l'extrémité arrière (26b) et un espace de prééjection (30) de l'air périphérique situé à l'extrémité avant, lesdites conduites comportant des buses d'injection d'air de pré-mélange (17) configurées de manière à réaliser ladite première injection permanente d'air de pré-mélange.- intake ports (8) on the double peripheral wall being intended to interface between an internal space in the box called premixing space (16) and the outside (ZB) in an enclosure containing the gas, pipes, in the form of hollow beams (11), located in the thickness of the double wall and extending between the openings (8), between an airflow receiving space (10) disposed at the rear end (26b) and a pre-ejection space (30) of the peripheral air at the front end, said ducts having pre-mixing air injection nozzles (17) configured to perform said first permanent injection of premix air.
15. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un tube central (13) centré sur l'axe central (x) à l'intérieur du caisson cylindrique (7) et s'étendant entre les deux extrémités du caisson (26a, 26b), ledit tube comportant :15. Burner according to the preceding claim, characterized in that it comprises a central tube (13) centered on the central axis (x) inside the cylindrical box (7) and extending between the two ends of the box (26a, 26b), said tube comprising:
- une surface externe (35) destinée à délimiter l'espace de pré-mélange (16) avec la paroi interne (31) de la double paroi du caisson,an outer surface (35) intended to delimit the premixing space (16) with the inner wall (31) of the double wall of the box,
- des moyens de fixation au caisson et de réception d'un caisson à air ou à gaz (36) disposé à l'arrière du tube,means for fastening to the box and receiving an air or gas box (36) disposed at the rear of the tube,
- un premier dispositif à ailettes (37), disposé en avant du tube, lesdites ailettes étant profilées de manière à créer une rotation du flux de pré-mélange lors de son écoulement vers la sortie du caisson, lesdites ailettes s'étendant dans l'espace d'écoulement du pré-mélange entre la paroi externe du tube (35) et la paroi interne (31) du caisson.a first finned device (37) disposed in front of the tube, said fins being profiled so as to create a rotation of the pre-mix flow as it flows towards the outlet of the box, said fins extending into the tube; flow space of the premix between the outer wall of the tube (35) and the inner wall (31) of the box.
16. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un second dispositif à ailettes (19) disposé à l'intérieur et au voisinage de l'avant du tube central, lesdites ailettes étant fixées sur une perche centrale (51) et s'étendant entre la surface (50) de la perche et la paroi interne (52) du tube central.16. Burner according to the preceding claim, characterized in that it comprises a second fin device (19) disposed inside and in the vicinity of the front of the central tube, said fins being fixed on a central pole (51). and extending between the surface (50) of the pole and the inner wall (52) of the central tube.
17. Brûleur selon les revendications 13 et 15, caractérisé en ce que la deuxième injection d'air s'effectue par l'intermédiaire d'orifices (22) situés sur une paroi (23) en forme d'épaulement du tube central, ladite paroi séparant l'espace de pré-mélange (16) avec l'arrière du tube central en communication avec le caisson à air (ZC), lesdits orifices étant obturés par des clapets manœuvrables par des ressorts tarés ou des commandes manœuvrables. 17. Burner according to claims 13 and 15, characterized in that the second air injection is effected through orifices (22) located on a wall (23) in the form of a shoulder of the central tube, said wall separating the premix space (16) with the rear of the central tube in communication with the air box (ZC), said orifices being closed by valves operable by calibrated springs or maneuverable controls.
18. Brûleur selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte des perçages de sortie sous forme de buses (20a, 20b) communiquant avec l'espace de pré-éjection (30) dans la double paroi et débouchant vers l'extérieur sur une paroi interne du caisson ou équivalent (25), lesdites buses étant disposées en couronne et décalées par rapport à l'axe radial (R) du caisson et dirigées vers l'avant.18. Burner according to claim 14, characterized in that it comprises outlet bores in the form of nozzles (20a, 20b) communicating with the pre-ejection space (30) in the double wall and opening outwardly on an inner wall of the box or equivalent (25), said nozzles being arranged in a ring and offset with respect to the radial axis (R) of the box and directed towards the front.
19. Brûleur selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comporte une première série de buses (20a) inclinées de 5° à 45 ° vers l'avant et de 30 à 65° par rapport à l'axe radial (R) et une seconde série de buses (20b) inclinées de 25 à 65° vers l'avant et de 30 à 70 ° par rapport à l'axe radial.19. Burner according to claim 18, characterized in that it comprises a first series of nozzles (20a) inclined from 5 ° to 45 ° forwards and 30 to 65 ° with respect to the radial axis (R). and a second series of nozzles (20b) inclined 25 to 65 ° forward and 30 to 70 ° to the radial axis.
20. Brûleur selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un "cône de brûlage" formant déflecteur conique (18) situé en aval du tube central (13) et espacé de lui de manière à effectuer un échappement divergent du flux d'air central.20. Burner according to claim 16, characterized in that it comprises a "cone burning" conical baffle (18) located downstream of the central tube (13) and spaced from him so as to perform a divergent escape of the flow of central air.
21. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le déflecteur conique (18) est disposé à l'extrémité de la perche axiale (51) traversant le tube central.21. Burner according to the preceding claim, characterized in that the conical baffle (18) is disposed at the end of the axial pole (51) passing through the central tube.
22. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le déflecteur conique (18) comporte une dentelure périphérique (52) et des orifices centraux (43) débouchant à l'intérieur du conduit de la perche centrale.22. Burner according to the preceding claim, characterized in that the conical deflector (18) has a peripheral serration (52) and central orifices (43) opening into the conduit of the central pole.
23. Installation de combustion d'un gaz combustible mettant en oeuvre le procédé selon les revendications 1 à 7 ou comportant au moins un brûleur selon les revendications 8 à 22.23. A fuel gas combustion plant implementing the method according to claims 1 to 7 or comprising at least one burner according to claims 8 to 22.
24. Installation selon la revendication 23, caractérisée en ce qu'elle met en oeuvre ou comporte au moins deux brûleurs configurés de manière à engrener dans un sens commun le mouvement de rotation global résultant de leur flux de mélange devant le nez de combustion. 24. Installation according to claim 23, characterized in that it implements or comprises at least two burners configured so as to mesh in a common sense global rotational movement resulting from their mixture flow in front of the combustion nose.
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