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EP0162761B1 - Brûleur à ventelles à alimentation équilibrée en air secondaire - Google Patents

Brûleur à ventelles à alimentation équilibrée en air secondaire Download PDF

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Publication number
EP0162761B1
EP0162761B1 EP85400814A EP85400814A EP0162761B1 EP 0162761 B1 EP0162761 B1 EP 0162761B1 EP 85400814 A EP85400814 A EP 85400814A EP 85400814 A EP85400814 A EP 85400814A EP 0162761 B1 EP0162761 B1 EP 0162761B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion
secondary air
vanes
nozzle
injectors
Prior art date
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Expired
Application number
EP85400814A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0162761A1 (fr
Inventor
Gérard Henri Antoine Girardeau
Jean Poulleau
Alain Koniuta
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Charbonnages de France CDF
Original Assignee
Charbonnages de France CDF
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Filing date
Publication date
Application filed by Charbonnages de France CDF filed Critical Charbonnages de France CDF
Priority to AT85400814T priority Critical patent/ATE35572T1/de
Publication of EP0162761A1 publication Critical patent/EP0162761A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0162761B1 publication Critical patent/EP0162761B1/fr
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F23D1/02—Vortex burners, e.g. for cyclone-type combustion apparatus

Definitions

  • the present invention relates to burners, sometimes called “turbulence burners", in which a fluid fuel, such as coal pulverized in suspension in a primary air stream, is introduced into a hearth by means of a nozzle and in which of the secondary air, necessary for the combustion of the fuel, is rotated around the end of the nozzle by means of deflector flaps commonly called “louvers”.
  • a fluid fuel such as coal pulverized in suspension in a primary air stream
  • deflector flaps commonly called “louvers”.
  • the invention relates more precisely to the manner in which the secondary air is supplied to the louvers.
  • a burner of the aforementioned type is described in particular in FR-A-2,054,741.
  • the secondary air is distributed through the louvers from a wind box surrounding the nozzle placed behind the burner relative to the hearth.
  • the characteristics of the helical flow of secondary air are generally adjusted, either by varying the orientation of the louvers around axes parallel to the nozzle, or by varying the cross-section of the passage of secondary air through louvres by acting on the axial gap existing between the transverse walls which determine this passage section.
  • sensors are used for this, for example cells with ultraviolet rays, which must preferably be oriented towards the flame in a manner substantially parallel to the nozzle so as to avoid that, in the case for example of a hearth equipped with several burners, the sensor associated with a burner can be sensitive to the flame of a neighboring burner.
  • the wind box through which the secondary air is distributed has a significant bulk along the nozzle. It is indeed unanimously accepted that a large volume wind box is a sine qua non condition without which a homogeneous distribution of the secondary air through louvers could not be obtained. It is in fact admitted, very generally, that a good distribution of the secondary air requires a prior passage in a kind of expansion chamber in which the secondary air can be homogenized in pressure. As is known, a regular distribution of the secondary air is essential to have a flame well aligned with the nozzle and to ensure complete combustion of the fuel. Irregularities in the secondary air distribution in fact induce air faults or excess air in certain places of the flame, which prevents combustion there being complete.
  • a small axial size and a regular distribution of secondary air are therefore commonly considered to be requirements between which a compromise must be defined according to needs.
  • the axial size of the aforementioned wind boxes which can reach the order of magnitude of their diameter, turns out to be very annoying because it induces in particular a long linkage length for the orientation of the louvers or the adjustment of the passage section secondary air between them. It also requires, for flame monitoring, fairly efficient and therefore quite costly sensors: these are indeed, for the aforementioned reasons, arranged opposite the flame with respect to the wind box and must be capable of detecting the flame from a very minimal solid viewing angle.
  • DE-C-405835 which relates to an oil burner, provides another embodiment consisting in supplying the louvers by two symmetrical openings with respect to the axis of the burner, from a wind box interposed between the burner and the foyer.
  • the object of the present invention is to overcome these drawbacks by ensuring that the distribution of secondary air is as regular as in the case of a wind box, yet with as little axial space as possible, thus simplifying the structure of the elements.
  • the invention thus provides a fan-type burner comprising a light in the wall of a fireplace, a nozzle for injecting a fuel through the light and a combustion air distribution assembly comprising a plurality of deflector louvers arranged in a ring around the nozzle, in the vicinity of the light of the hearth, in order to make the combustion air converge with the fuel in a helical path, characterized in that, to allow a supply of secondary air combustion without air box, the secondary combustion air is injected transversely to the louvers from a plurality of at least two injectors regularly distributed around said nozzle and arranged just behind the wall of the hearth and in that the deflection axial of this secondary combustion air (before its confluence with the fuel) is regulated by means of a flange of. mobile revolution along the nozzle and having openings through which the louvers pass.
  • the burner shown by way of example in FIGS. 1 and 2 essentially comprises a wall 1 of a hearth 2 in which an opening or opening is made 3.
  • a nozzle 4 is disposed outside the hearth, oriented in a direction XX 'perpendicular to the wall 1. This nozzle .is intended to inject through the light 3 a fluid fuel such as coal pulverized in suspension in a primary gas, air most often.
  • the wall 1 carries an axial projection, opposite the hearth 2, a plurality of deflector flaps or louvers 5 arranged in a ring around the end 4A of the nozzle. These louvers are inclined at the same predetermined angle, for example 60 °, with respect to fictitious diametrical planes cutting them.
  • a flange 6 having openings through which the louvers 5.
  • the flange is controlled axially, by means not shown, so as to adequately vary the characteristics of the helical flow of secondary air AS.
  • the latter is advantageously deflected axially before its confluence with the fluid fuel.
  • the secondary air is injected towards the louvers by a plurality of injectors 7 regularly distributed around the nozzle.
  • these injectors are two in number and are diametrically opposed.
  • the flange 6 is axially movable between the wall 1 of the hearth and a transverse wall slightly offset with respect to said wall 1.
  • the injectors 7 inject the secondary air substantially radially between these walls.
  • the injectors must be crossed by identical secondary air flows in flow and in pressure. They are preferably supplied from the same source through two parallel conduits. The balance of flow rates and pressures is ensured for example by a rotating shutter disposed in at least one of said conduits. Alternatively, a diaphragm can be used.
  • Figures 3 and 4 allow to assess the performance of a burner according to the invention compared to that of a burner having only one injector without a wind box.
  • the nature of the fuel does not matter.
  • the injectors are, alternatively, inclined parallel to the axis of the nozzle.

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Description

  • La présente invention concerne les brûleurs, parfois dénommés «brûleurs à turbulence,,, dans lesquels un combustible fluide, tel que du charbon pulvérisé en suspension dans un courant d'air primaire, est introduit dans un foyer au moyen d'un ajutage et dans lesquels de l'air secondaire, nécessaire à la combustion du combustible, est mis en rotation autour de l'extrémité de l'ajutage au moyen de volets déflecteurs couramment appelés « ventelles ». L'invention concerne plus précisément la manière dont l'air secondaire est amené vers les ventelles.
  • Un brûleur, du type précité est notamment décrit dans le FR-A-2 054 741..
  • De façon classique, ainsi que le précise en particulier le brevet précité, l'air secondaire est distribué au travers des ventelles à partir d'une boîte à vent entourant l'ajutage placée en arrière du brûleur par rapport au foyer. Les caractéristiques de l'écoulement hélicoïdal de l'air secondaire sont généralement ajustées, soit en faisant varier l'orientation des ventelles autour d'axes parallèles à l'ajutage, soit en faisant varier la section de passage de l'air secondaire au travers des ventelles en agissant sur l'écart axial existant entre les parois transversales qui déterminent cette section de passage.
  • Il importe par ailleurs, pour des raisons de sécurité, que l'on puisse surveiller la flamme de combustion, notamment pour détecter son éventuelle extinction. On utilise pour cela, de façon avantageuse, des capteurs, par exemple des cellules à rayons ultra-violets, qui doivent être, de préférence, orientés vers la flamme de manière sensiblement parallèle à l'ajutage de manière à éviter que, dans le cas par exemple d'un foyer équipé de plusieurs brûleurs, le capteur associé à un brûleur puisse être sensible à la flamme d'un brûleur voisin.
  • En pratique, la boîte à vent au travers de laquelle l'air secondaire est distribué présente un encombrement important le long de l'ajutage. Il est en effet admis de façon unanime qu'une boîte à vent de grand volume est une condition sine qua non sans laquelle une distribution homogène de l'air secondaire à travers des ventelles ne saurait être obtenue. On admet en effet, de façon très générale, qu'une bonne distribution de l'air secondaire nécessite un passage préalable dans une sorte de chambre de détente dans laquelle l'air secondaire peut s'homogénéiser en pression. Ainsi qu'on le sait, une répartition régulière de l'air secondaire est indispensable pour avoir une flamme bien alignée avec l'ajutage et pour assurer une combustion complète du combustible. Des irrégularités de la distribution d'air secondaire induisent en effet des défauts d'air ou des excès d'air en certains endroits de la flamme, ce qui empêche que la combustion y soit complète. Un faible encombrement axial et une distribution régulière d'air secondaire sont donc couramment jugées comme étant des exigences entre lesquelles un compromis doit être défini en fonction des besoins. L'encombrement axial des boîtes à vent précitées, qui peut atteindre l'ordre de grandeur de leur diamètre, se révèle fort gênant car il induit notamment une grande longueur de tringlerie pour l'orientation des ventelles ou le réglage de la section de passage de l'air secondaire entre ces dernières. Il requiert en outre, pour la surveillance de la flamme, des capteurs assez performants donc assez coûteux : ceux-ci sont en effet, pour les raisons précitées, disposés à l'opposé de la flamme par rapport à la boîte à vent et doivent être capables de détecter la flamme sous un angle solide d'observation très minime.
  • Le DE-C-405835, qui concerne un brûleur à fuel, prévoit un autre mode de réalisation consistant à alimenter les ventelles par deux ouvertures symétriques par rapport à l'axe du brûleur, à partir d'une boîte à vent interposée entre le brûleur et le foyer. On y retrouve donc l'inconvénient d'un encombrement axial non négligeable, le brûleur étant maintenu à une certaine distance de la paroi du foyer. D'autre part, il est nécessaire dans cette réalisation de prévoir, à l'intérieur même du brûleur, un système de clapets permettant d'équilibrer la quantité d'air admise par les deux conduits d'alimentation.
  • La présente invention a pour objet de pallier ces inconvénients en permettant d'assurer une distribution d'air secondaire aussi régulière que dans le cas d'une boîte à vent, avec pourtant un encombrement axial aussi réduit que possible, simplifiant ainsi la structure des éléments de commande chargés d'ajuster les caractéristiques de l'écoulement d'air au travers des ventelles, et autorisant en outre l'emploi de capteurs simples et bon marché disposés axialement à faible distance de la flamme à surveiller.
  • L'invention propose ainsi un brûleur à ventelles du genre comportant une lumière dans la paroi d'un foyer, un ajutage pour l'injection d'un combustible au travers de la lumière et un ensemble de distribution en air de combustion comportant une pluralité de ventelles déflectrices disposées en anneau autour de l'ajutage, au voisinage de la lumière du foyer, en vue de faire confluer l'air de combustion avec le combustible suivant un trajet en hélice, caractérisé en ce que, pour permettre une alimentation en air secondaire de combustion sans boîte à vent, l'air secondaire de combustion est injecté transversalement vers les ventelles à partir d'une pluralité d'au moins deux injecteurs régulièrement répartis autour dudit ajutage et disposés juste derrière la paroi du foyer et en ce que la déviation axiale de cet air secondaire de combustion (avant sa confluence avec le combustible) est réglée au moyen d'un flasque de . révolution mobile le long de l'ajutage et présentant des ouvertures traversées par les ventelles.
  • Il est à noter que la solution préconisée par l'invention va à l'encontre de l'idée reçue précédemment énoncée qui sous-entendait qu'aucune multiplication du nombre des injecteurs ne pouvait permettre d'assurer une distribution d'air secondaire aussi bonne qu'avec une boîte à vent. La Demanderesse a pourtant pu constater, de façon fort surprenante, qu'un très bon résultat, sensiblement comparable à celui obtenu avec une boîte à vent, pouvait être atteint rien qu'avec deux injecteurs diamétralement opposés. Il est entendu que cette valeur minimale de « deux » est préférée puisqu'elle correspond à la structure la plus simple.
  • D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins annexés sur lesquels :
    • - la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un brûleur à ventelles selon l'invention ;
    • - la figure 2 est une vue en coupe transversale selon la ligne II-II de la figure 1 ;
    • - la figure 3 est un diagramme montrant les zones de pression en avant de l'ajutage d'un brûleur classique ; et
    • - la figure 4 est un diagramme analogue montrant les zones de pression .en avant de l'ajutage d'un brûleur selon l'inyention.
  • Le brûleur représenté à titre d'exemple aux figures 1 et 2 comporte essentiellement une paroi 1 d'un foyer 2 dans laquelle est ménagée une ouverture ou lumière 3. Un ajutage 4 est disposé à l'extérieur du foyer, orienté selon une direction X-X' perpendiculaire à la paroi 1. Cet ajutage .est destiné à injecter au travers de la lumière 3 un combustible fluide tel que du charbon pulvérisé en suspension dans un gaz primaire, de l'air le plus souvent.
  • La paroi 1 porte en saillie axiale, à l'opposé du foyer 2, une pluralité de volets déflecteurs ou ventelles 5 disposées en anneau autour de l'extrémité 4A de l'ajutage. Ces ventelles sont inclinées d'un même angle prédéterminé, de 60° par exemple, par rapport à des plans diamétraux fictifs les coupant.
  • Le long de l'ajutage 4 coulisse un flasque 6 présentant des ouvertures traversées par les ventelles 5. Le flasque est commandé axialement, par des moyens non représentés, en sorte de faire varier de façon adéquate les caractéristiques de l'écoulement en hélice d'air secondaire AS. Celui- ci est avantageusement dévié axialement avant sa confluence avec le combustible fluide.
  • Selon l'invention, l'air secondaire est injecté vers les ventelles par une pluralité d'injecteurs 7 régulièrement répartis autour de l'ajutage. Dans l'exemple représenté, ces injecteurs sont au nombre de deux et sont diamétralement opposés.
  • Le flasque 6 est mobile axialement entre la paroi 1 du foyer et une paroi transversale faiblement décalée vis-à-vis de ladite paroi 1. Les injecteurs 7 injectent l'air secondaire de façon sensiblement radiale entre ces parois.
  • Les injecteurs doivent être traversés par des écoulements d'air secondaire identiques en débit et en pression. Ils sont de préférence alimentés à partir d'une même source au travers de deux conduits parallèles. L'équilibre des débits et des pressions est assuré par exemple par un volet d'obturation tournant disposé dans l'un au moins desdits conduits. En variante, on peut utiliser un diaphragme.
  • Les figures 3 et 4 permettent d'apprécier les performances d'un brûleur selon l'invention par rapport à celles d'un brûleur ne comportant qu'un seul injecteur sans boîte à vent. Sur ces figures sont des courbes d'égale pression relevées dans des conditions opératoires identiques : même débit et même température d'air secondaire, à une même distance du foyer. En fait, ces courbes ont été déterminées en l'absence de combustible fluide.
  • Les pressions associées à chacune de ces courbes sont données en unité arbitraires. On note la présence de deux zones interne et externe de faible pression (parfois appelées zones de recirculation) de part et d'autre d'une zone globalement annulaire de plus forte pression.
  • On observe sur la figure 3 que les pressions sont réparties de manière très irrégulière dans la zone annulaire précitée. On constate plus précisément la présence de zones de forte pression en forme de croissant qui sont disposées sensiblement à l'opposé de l'arrivée d'air. Du fait de ces zones en croissant, il existe autour de l'axe de l'ajutage de forts gradients de pression qui induisent une dissymétrie d'une flamme, après injection de combustible, et donc une combustion incomplète de ce dernier.
  • On observe par contre, sur la figure 4, que la mise en oeuvre de deux injecteurs opposés permet une nette amélioration dans la répartition des pressions autour de l'axe de l'ajutage, ce qui est favorable à l'obtention d'une bonne flamme et à une bonne combustion du combustible.
  • On a pu constater que la qualité de la symétrie des pressions mise en évidence par la figure 4 est sensiblement aussi élevée que lors de la mise en oeuvre des boîtes à vent classiques.
  • La nature du combustible importe peu. Les injecteurs sont,,,en variante, inclinés parallèlement à l'axe de l'ajutage.

Claims (4)

1. Brûleur à ventelles du genre comportant une lumière (3) dans la paroi (1) d'un foyer, un ajutage (4) pour l'injection d'un combustible au travers de la lumière et un ensemble (5, 6) de distribution en air secondaire de combustion comportant une pluralité de ventelles déflectrices (5) disposées en anneau autour de l'ajutage en vue de faire confluer l'air de combustion avec le combustible suivant un trajet en hélice, l'air secondaire de combustion étant injecté transversalement vers les ventelles (5) à partir d'une pluralité d'au moins deux injecteurs (7) régulièrement répartis autour dudit ajutage, caractérisé en ce que, pour permettre une alimentation en air secondaire de combustion sans boîte à vent, les injecteurs et les ventelles sont disposés juste derrière la paroi (1) du foyer (2) et en ce que la déviation axiale de cet air secondaire de combustion (avant sa confluence avec le combustible) est réglée au moyen d'un flasque de révolution mobile (6) le long de l'ajutage (4) et présentant des ouvertures traversées par les ventelles (5).
2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que son ensemble de distribution en air secondaire comporte deux injecteurs (7) diamétralement opposés.
3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les injecteurs (7) sont orientés radialement.
4. Brûleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les injecteurs (7) sont alimentés par une même source d'air secondaire au travers de conduits de dérivation dont une partie au moins comporte des organes de réglage de débit et de pression.
EP85400814A 1984-04-27 1985-04-25 Brûleur à ventelles à alimentation équilibrée en air secondaire Expired EP0162761B1 (fr)

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AT85400814T ATE35572T1 (de) 1984-04-27 1985-04-25 Brenner mit schaufeln und ausgeglichener zweitluftzufuhr.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8406666 1984-04-27
FR8406666A FR2563611B1 (fr) 1984-04-27 1984-04-27 Bruleur a ventelles a alimentation equilibree en air secondaire

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EP0162761A1 EP0162761A1 (fr) 1985-11-27
EP0162761B1 true EP0162761B1 (fr) 1988-07-06

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DE (1) DE3563650D1 (fr)
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FR2563611B1 (fr) 1987-05-29
FR2563611A1 (fr) 1985-10-31
DE3563650D1 (en) 1988-08-11
EP0162761A1 (fr) 1985-11-27
ATE35572T1 (de) 1988-07-15

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