EP1122494A1 - Gas burners for heating a gas flowing in a duct - Google Patents
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- F23D2900/21003—Burners specially adapted for a particular use for heating or re-burning air or gas in a duct
Definitions
- the subject of the present invention is a improvement to gas burners for heating of a gas flowing in a conduit.
- burners indifferently the whole of a ramp made up of several elementary blocks or an elementary block in himself.
- the main applications of the invention are the heating of the turbine gases in the co-generation facilities.
- This post burner combustion improves the overall efficiency of the installation, to modulate the production of steam by according to needs and incidentally to maintain this production in the event of a shutdown of the gas turbine.
- a fan that draws in ambient air supplies the oxidant necessary for the burners instead and place exhaust gases from the turbine.
- Such burners must be able to operate with a stable flame under very conditions different either with turbine gas at temperature from 300 to 600 ° C and composed of 11 to 15% oxygen, i.e. with ambient air.
- An example of this type of burner is described in European patent 313,469 published on 23 April 1989 on behalf of the company MECANIQUE GENERALE TURBINE FIREPLACES.
- the problem is therefore to be able to realize and to operate a burner called "vein" in respecting the above regulatory values while preserving good flame stability.
- a solution to the problem posed is a known type intended to be placed in a conduit for heating a gas circulating in this conduit and comprising a tube capable of being arranged transversely relative to to the direction of circulation of said gas, supplied with gas fuel and drilled with at least two holes aligned on the same generator, possibly fitted with injectors, and making it possible to emit jets of combustible gas directed downstream; a flame stabilizer formed by two divergent wings forming a deflector on the part and on the other side of said generator, is fixed on said tube and deflects the flow of oxidant gas to create downstream of the burner bank a protected area where the flame can develop.
- At least one of said holes is extended by tubing extending beyond the edges wings and pierced by at least one opening fuel gas ejection at its distal end.
- Such tubing thus injects part of the combustible gas at for example at least 100 mm downstream other orifices not carrying tubing, allowing the staging of the injection of this gas and of the combustion flames obtained, and therefore the reduction in percentage of nitrogen oxides NOx produced: in fact, the main flame thus obtained by this injection stepped, and which is therefore further from the stabilizer deflector, is more airy; combustion occurs at stronger excess air therefore at lower temperature, this which produces a strong reduction in the formation of nitrogen oxides of mainly thermal origin, and the higher the staging, the more nitrogen oxides are reduced.
- the present invention makes it possible inter alia to remedy this defect: the NOx reduction principle is always the spreading of the gas but this staging is performed axially instead of radial. To avoid CO formation just keep by conventional orifices without tubing sufficient flow (less than 30% of the overall fuel gas flow) for create a pilot flame ensuring ignition and stability of the main flame from staged injection.
- the distal end of the tubing has at least four different ejection ports and the gas can then be ejected through these various corner holes different instead of a single hole in the axis of the tube.
- the axes of ejection of the orifices are inclined two by two on the one hand by an angle ⁇ of 20 to 50 ° on either side of the plane defined by the generator of alignment of the holes and the axis of the tube and on the other hand with an angle ⁇ of 10 to 30 ° on both sides from the plane perpendicular to the previous one and passing through the hole extended by said tubing.
- These angles ⁇ and ⁇ are important for the quality of the results and should be determined according to the dimensions of the burner and the fireplace on which it is mounted.
- This tube 1 is supplied with combustible gas 10 and is drilled with at least two holes 3 per burner block, aligned on the same generator 18 parallel therefore to the axis XX 'of the tube; a flame stabilizer 2 formed by two diverging wings 12 forming deflectors of on either side of said generator 18 is fixed on said tube 1.
- said deflector stabilizer 2 may include walls 13 1 , 13 2 forming reinforcement ribs at the ends, in the direction of axis XX ′, of the wings 12 of each burner block, as well as ribs 14 1 , 14 2 intermediate when the burner block has several holes 3 and therefore requires an intermediate reinforcement of the wings 2; these may include a break 22, towards their outer edges 17 downstream relative to the direction A of circulation of the oxidizing gases, to stiffen the latter and improve the aerodynamics of the burner block.
- At least one of said holes 3 is extended by a tube 11 extending beyond the outer edges 17 of the wings 12 and pierced with at least one 9 gas ejection port 10 fuel to sound distal end.
- the premix by Venturi system using a nozzle converging diverging 8 as shown in the Figure 2 and described in patent application EP 313 469 is not essential for the proper functioning of the burner: the present invention thus applies to all types of “vein” burners with stabilizer deflector, but including or not including such a device Venturi.
- the distal end of the tubing 11 has several divergent ejection orifices 9 whose ejection axes are inclined by an angle ⁇ by relation to plan AA 'defined by the generator 18 of alignment of the holes 3 and the axis XX 'of the tube 1, and of a angle ⁇ with respect to the plane BB 'perpendicular to the previous and passing through hole 3 extended by said tubing 11.
- the number of orifices, their ejection angle ⁇ and ⁇ and their passage diameter are a function of the oxidizer speed and duct dimensions in which one has the burner, (and therefore the distance between the ramps that compose it), in order to be able adapt and optimize the penetration of the fuel in the oxidizer vein.
- said distal end 25 of tubing 11 may be interchangeable and fixed by a threading system or other.
- their axes can be tilted two by two, with an angle ⁇ of 20 to 50 ° on either side of the plane AA ' and at an angle ⁇ of 10 to 30 ° on either side of the plane BB '.
- a burner block such as that shown in Figure 2 can be easily modified by adding parts complementary corresponding to these fins 24 and arranged beyond the break 22 of the wings 12 corresponding to edges 17: the position and dimensions of these fins 24 having a significant effect on the results it is interesting to have the possibility to change them if necessary thanks to their realization by added piece.
- the obstacle 15 possibly placed opposite one of the said holes 3 not extended by the tubing 11 can be worn, by a collar or fixing crown 16, on the tubing 11 with regard to the holes or orifices 3 ejection placed on either side of it.
- Said obstacle 15 is for example cylindrical and its axis is perpendicular to that of hole 3 opposite which it is willing.
- this one may have at least three holes 3, one of which them 3 'is associated with the pipe 11, the obstacle 15 to a another hole 3 'adjacent to that associated with the tubing 11 and the last hole is free.
- a burner block can have a number of holes in any fact, for example between two and ten and the tubing 11 can be arranged in a regular manner for example in every second hole, every third hole or one hole in four, etc ...
- the following burner block the invention comprises five holes 3 in which the tubing 11 is associated with the central hole, the two holes adjacent to it being associated with an obstacle 15 and the two end holes being free.
- Such burners according to the invention may also include elements characteristic of the burners, as described in patent EP 313 469, and such as in particular, in front of at least one hole 3 2 not extended by a pipe 11 and coaxial with that here, a diverging convergent nozzle 8 capable of causing the jet of gas ejected through said hole 3 2 to create a vacuum at the inlet of the nozzle 8, as shown in FIG. 4.
- Said inlet communicates with the outer face or extra back of at least one of the wings 12 of the stabilizer 2 through at least one opening 7.
- the space between the nozzles 8 and the tube 1 is closed by two wall elements 4 fixed on the tube and arranged almost parallel to the plane defined by the generator 18 for aligning the holes 3 and the axis XX 'of the tube 1 and by a front wall 5 connected to said wall elements 4 and carrying the nozzles; the openings 7 are drilled in said wall elements 4.
- the obstacle 15 may be a cylindrical tube with a diameter d 15 of approximately 10 mm and placed at a distance a of the order of 25 mm from the outlet of the nozzles 8; the length L 15 of such obstacles fixed on the tube 11 can be of the order of 85 to 90 mm depending on the distance separating two adjacent holes or orifices 3; the diameter D 1 of the fuel supply tube is of the order of 85 to 90 mm.
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Abstract
Le secteur technique de l'invention est la réalisation de brûleurs dits « en veine » car placés directement à l'intérieur du conduit de circulation d'un gaz, pour réchauffer celui-ci, lesquels brûleurs étant disposés en rampes composées en général de blocs élémentaires. De tels brûleurs comportent un tube (1) d'axe XX' apte à être disposé transversalement par rapport à la direction de circulation desdits gaz, alimentés en gaz combustible (10) et percé d'au moins deux trous (3) alignés sur une même génératrice et un stabilisateur de flamme (2) formé par deux ailes (12) divergentes formant déflecteurs de part et d'autre de ladite génératrice. Selon l'invention au moins un desdits trous (3) est prolongé par une tubulure (11) s'étendant au-delà des bords extérieurs (17) des ailes (12) et percée d'au moins un orifice (9) d'éjection du gaz (10) combustible à son extrémité distale. <IMAGE>The technical sector of the invention is the production of so-called “vein” burners because they are placed directly inside the gas circulation duct, to heat the latter, which burners being arranged in ramps generally composed of blocks elementary. Such burners comprise a tube (1) of axis XX ′ capable of being arranged transversely with respect to the direction of circulation of said gases, supplied with combustible gas (10) and pierced with at least two holes (3) aligned on a same generator and a flame stabilizer (2) formed by two divergent wings (12) forming deflectors on either side of said generator. According to the invention at least one of said holes (3) is extended by a tube (11) extending beyond the outer edges (17) of the wings (12) and pierced with at least one orifice (9) of ejection of combustible gas (10) at its distal end. <IMAGE>
Description
La présente invention a pour objet un perfectionnement aux brûleurs à gaz pour le chauffage d'un gaz circulant dans un conduit.The subject of the present invention is a improvement to gas burners for heating of a gas flowing in a conduit.
Le secteur technique est la réalisation de brûleurs dits « en veine » car placés directement à l'intérieur du conduit de circulation du gaz, lesquels brûleurs étant disposés en rampes composées en général de blocs élémentaires et disposées transversalement par rapport à la direction de circulation du gaz.The technical sector is the realization of so-called “vein” burners because they are placed directly at inside the gas circulation pipe, which burners being arranged in compound ramps in general of elementary blocks and arranged transversely by relative to the direction of gas flow.
Dans la présente description on désignera par brûleurs indifféremment l'ensemble d'une rampe composée de plusieurs blocs élémentaires ou un bloc élémentaire en lui-même.In the present description, we will denote by burners indifferently the whole of a ramp made up of several elementary blocks or an elementary block in himself.
Les applications principales de l'invention sont le réchauffage des gaz de turbines dans les installations de co-génération. Ce brûleur dit de post combustion permet d'améliorer le rendement global de l'installation, de moduler la production de vapeur en fonction des besoins et accessoirement de maintenir cette production en cas d'arrêt de la turbine à gaz. Dans ce cas, un ventilateur aspirant de l'air ambiant fournit le comburant nécessaire aux brûleurs en lieu et place des gaz d'échappement de la turbine.The main applications of the invention are the heating of the turbine gases in the co-generation facilities. This post burner combustion improves the overall efficiency of the installation, to modulate the production of steam by according to needs and incidentally to maintain this production in the event of a shutdown of the gas turbine. In this case, a fan that draws in ambient air supplies the oxidant necessary for the burners instead and place exhaust gases from the turbine.
De tels brûleurs doivent pouvoir fonctionner avec une flamme stable dans des conditions très différentes soit avec du gaz de turbine à la température de 300 à 600°C et composé de 11 à 15% d'oxygène, soit avec de l'air ambiant. Un exemple de ce type de brûleur est décrit dans le brevet européen 313 469 publié le 23 Avril 1989 au nom de la société MECANIQUE GENERALE FOYERS TURBINE.Such burners must be able to operate with a stable flame under very conditions different either with turbine gas at temperature from 300 to 600 ° C and composed of 11 to 15% oxygen, i.e. with ambient air. An example of this type of burner is described in European patent 313,469 published on 23 April 1989 on behalf of the company MECANIQUE GENERALE TURBINE FIREPLACES.
La réglementation française concernant les émissions de ce type d'installation a été récemment complétée par l'arrêté du Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement français du 11 Août 1999 qui limite les émissions d'oxydes d'azote et d'oxydes de carbone, en particulier pour les chaudières utilisées en post combustion, à des valeurs données qui sont un maximum de production de 200 mg/Nm3 pour les oxydes d'azote NOx et 250 mg/Nm3 pour les oxydes de carbone CO.French regulations concerning emissions from this type of installation were recently supplemented by the French Minister of Territorial Planning and Environment's decree of August 11, 1999, which limits emissions of nitrogen oxides and d carbon oxides, in particular for boilers used in post combustion, at given values which are a production maximum of 200 mg / Nm 3 for nitrogen oxides NOx and 250 mg / Nm 3 for carbon oxides CO .
Les brûleurs tels que décrits dans le brevet européen cité ci-dessus permettent de respecter cet arrêté lors du fonctionnement avec du gaz de turbine ; cependant, et bien que certains dispositifs soient décrits dans ce brevet pour réduire les émissions d'oxydes d'azote, ils ne permettent pas dans la plupart des cas d'obtenir les valeurs réglementaires lors du fonctionnement de la post combustion seulement en air ambiant.The burners as described in the patent European mentioned above allow to respect this stopped during operation with turbine gas; however, and although some devices are described in this patent to reduce emissions nitrogen oxides they don't allow in most cases of obtaining regulatory values when post combustion operation only in air ambient.
Le problème posé est donc de pouvoir réaliser et de faire fonctionner un brûleur dit « en veine » en respectant les valeurs réglementaires ci-dessus tout en préservant une bonne stabilité de flamme.The problem is therefore to be able to realize and to operate a burner called "vein" in respecting the above regulatory values while preserving good flame stability.
Un solution au problème posé est un brûleur de type connu destiné à être placé dans un conduit pour chauffer un gaz circulant dans ce conduit et comportant un tube apte à être disposé transversalement par rapport à la direction de circulation dudit gaz, alimenté en gaz combustible et percé d'au moins deux trous alignés sur une même génératrice, éventuellement munis d'injecteurs, et permettant d'émettre des jets de gaz combustible dirigés vers l'aval ; un stabilisateur de flamme formé par deux ailes divergentes formant déflecteur de part et d'autre de ladite génératrice, est fixé sur ledit tube et sert à dévier le courant de gaz comburant pour créer en aval de la rampe de brûleurs une zone protégée où la flamme peut se développer. A solution to the problem posed is a known type intended to be placed in a conduit for heating a gas circulating in this conduit and comprising a tube capable of being arranged transversely relative to to the direction of circulation of said gas, supplied with gas fuel and drilled with at least two holes aligned on the same generator, possibly fitted with injectors, and making it possible to emit jets of combustible gas directed downstream; a flame stabilizer formed by two divergent wings forming a deflector on the part and on the other side of said generator, is fixed on said tube and deflects the flow of oxidant gas to create downstream of the burner bank a protected area where the flame can develop.
Selon l'invention au moins un desdits trous est prolongé par une tubulure s'étendant au-delà des bords extérieurs des ailes et percée d'au moins un orifice d'éjection du gaz combustible à son extrémité distale.According to the invention at least one of said holes is extended by tubing extending beyond the edges wings and pierced by at least one opening fuel gas ejection at its distal end.
Une telle tubulure injecte ainsi une partie du gaz combustible à par exemple au moins 100 mm en aval des autres orifices ne portant pas de tubulure, permettant l'étagement de l'injection de ce gaz et des flammes de combustion obtenues, et donc la réduction du pourcentage d'oxydes d'azote NOx produit : en effet, la flamme principale ainsi obtenue par cette injection étagée, et qui est donc plus éloignée du stabilisateur déflecteur, est plus aérée ; la combustion se produit à plus fort excès d'air donc à température plus basse, ce qui produit une forte réduction de la formation des oxydes d'azote d'origine essentiellement thermique, et plus l'étagement est important, plus les oxydes d'azote sont réduits.Such tubing thus injects part of the combustible gas at for example at least 100 mm downstream other orifices not carrying tubing, allowing the staging of the injection of this gas and of the combustion flames obtained, and therefore the reduction in percentage of nitrogen oxides NOx produced: in fact, the main flame thus obtained by this injection stepped, and which is therefore further from the stabilizer deflector, is more airy; combustion occurs at stronger excess air therefore at lower temperature, this which produces a strong reduction in the formation of nitrogen oxides of mainly thermal origin, and the higher the staging, the more nitrogen oxides are reduced.
Une telle méthode de réduction d'oxydes d'azote NOx par étalement du gaz est certes déjà enseignée dans la demande de brevet précitée EP 313 469 mais les tubulures n'y sont mentionnées qu'en option et sont situées à l'extérieur des blocs constituant le brûleur, l'extrémité de ces tubes étant située approximativement dans le même plan que le bord avant des ailes du stabilisateur et à l'extérieur de celui-ci.Such a method of reducing nitrogen oxides NOx by spreading gas is certainly already taught in the aforementioned patent application EP 313 469 but the tubing are only mentioned there as an option and are located outside the blocks constituting the burner, the end of these tubes being located approximately in the same plane as the front edge of the wings of the stabilizer and outside of it.
L'inconvénient majeur de cette disposition est une formation importante d'oxyde de carbone CO bien supérieure à la limite admise par l'arrêté rappelé ci-dessus. Cette formation est due à la trop grande distance entre la flamme qui se développe à l'abri des ailes du stabilisateur et de l'injection de gaz secondaires dont une partie fortement diluée par l'air ne brûle pas ou de façon incomplète.The major disadvantage of this arrangement is significant formation of carbon monoxide CO well higher than the limit allowed by the decree mentioned above. This training is due to the too large distance between the flame which develops away from stabilizer and gas injection wings secondary of which a part strongly diluted by the air does not burn or is incomplete.
La présente invention permet entre autres de remédier à ce défaut : le principe de réduction des NOx est toujours l'étalement du gaz mais cet étagement est réalisé de façon axiale au lieu de radiale. Pour éviter la formation de CO il suffit de conserver par les orifices classiques sans tubulure un débit suffisant (moins de 30% du débit global de gaz combustible) pour créer une flamme pilote assurant l'allumage et la stabilité de la flamme principale provenant de l'injection étagée.The present invention makes it possible inter alia to remedy this defect: the NOx reduction principle is always the spreading of the gas but this staging is performed axially instead of radial. To avoid CO formation just keep by conventional orifices without tubing sufficient flow (less than 30% of the overall fuel gas flow) for create a pilot flame ensuring ignition and stability of the main flame from staged injection.
Dans un mode préférentiel de réalisation pour améliorer l'aération de la flamme principale étagée, l'extrémité distale de la tubulure comporte au moins quatre orifices d'éjection différents et le gaz peut alors être éjecté par ces divers trous d'angles différents au lieu d'un seul trou dans l'axe du tube. Dans l'exemple de réalisation représenté et décrit dans les figures jointes, les axes d'éjection des orifices sont inclinés deux par deux d'une part d'un angle β de 20 à 50° de part et d'autre du plan défini par la génératrice d'alignement des trous et l'axe du tube et d'autre part d'un angle α de 10 à 30° de part et d'autre du plan perpendiculaire au précédent et passant par le trou prolongé par ladite tubulure. Ces angles α et β sont importants pour la qualité des résultats et doivent être déterminés en fonction des dimensions du brûleur et du foyer sur lequel celui-ci est monté.In a preferred embodiment for improve the ventilation of the storied main flame, the distal end of the tubing has at least four different ejection ports and the gas can then be ejected through these various corner holes different instead of a single hole in the axis of the tube. In the embodiment shown and described in the attached figures, the axes of ejection of the orifices are inclined two by two on the one hand by an angle β of 20 to 50 ° on either side of the plane defined by the generator of alignment of the holes and the axis of the tube and on the other hand with an angle α of 10 to 30 ° on both sides from the plane perpendicular to the previous one and passing through the hole extended by said tubing. These angles α and β are important for the quality of the results and should be determined according to the dimensions of the burner and the fireplace on which it is mounted.
De plus, afin de pouvoir augmenter encore cet effet d'étagement en réduisant le débit primaire, il est possible de conserver la stabilité de la flamme principale, dite secondaire, car elle réalise l'étagement du gaz combustible, avec seulement 10% du gaz dans les orifices primaires ne comportant donc pas de tubulure ; pour cela on peut selon l'invention :
- introduire une partie du comburant à la racine de la flamme secondaire; ce dispositif a pour avantage, en plus de l'augmentation de la stabilité de la flamme lors du fonctionnement en gaz de turbine, de permettre une réduction de l'oxyde d'azote NO contenu dans ce gaz par effet dit de "reburning" (le NO est en effet transformé en N2 par réduction chimique venant des radicaux CH+ présents dans la racine de la flamme) ;
- rajouter au moins un obstacle disposé en face d'au moins un jet de gaz éjecté par un de ces trous non prolongés par une tubulure, ce qui favorise leur éclatement et élargit la flamme pilote dite également primaire pour y conférer une meilleure efficacité. Différentes formes peuvent être données à cet obstacle telles que préférentiellement cylindrique mais d'autres formes peuvent être utilisées avec un effet similaire.Les autres caractéristiques des brûleurs ou rampes décrites dans le brevet précité EP 313 469 peuvent être également combinées avec celles décrites ci-dessus et ci-dessous de la présente invention pour obtenir un brûleur assurant également un taux d'aération pratiquement constant du mélange air combustible en dépit des variations du débit de combustible et/ou de la vitesse du gaz à réchauffer. De telles caractéristiques additionnelles sont décrites ci-après et représentées sur certaines figures.Le résultat est de nouveaux brûleurs à gaz pour le chauffage d'un gaz circulant dans un conduit et qui comportent des perfectionnements aux brûleurs connus actuels car répondant au problème posé, qui est de respecter les valeurs réglementaires d'émission d'oxydes d'azote NOx et d'oxydes de carbone CO tout en assurant une bonne stabilité de flamme et un taux d'aération pratiquement constant du mélange air combustible quelles que soient les variations du débit de combustible et/ou de la vitesse du gaz à réchauffer.De tels résultats montrent la nouveauté et l'intérêt de la présente invention sans qu'il soit nécessaire d'en citer d'autres avantages. La description et les dessins ci-joints représentent des exemples de réalisation de l'invention n'ayant aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en changeant la forme du tube d'alimentation du combustible ainsi que celle du déflecteur stabilisateur ainsi, le nombre d'orifices ou trous d'injection du combustible qui peuvent être par exemple compris entre 2 et 10.
- la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un brûleur selon l'invention perpendiculairement à l'axe de son tube d'alimentation en gaz combustible ;
- la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II' de la figure 3 d'un autre exemple de réalisation d'un brûleur suivant l'invention ;
- la figure 3 est une vue frontale, face à l'écoulement du gaz à chauffer, du brûleur représenté sur la figure 2 ;
- la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV' de la figure 3 d'un exemple de réalisation d'un brûleur suivant l'invention;
- la figure 5 est une vue en coupe suivant II, II' de la figure 3 d'un autre exemple de réalisation, que celui des figures 1 et 2, d'un brûleur suivant l'invention.
- introduce part of the oxidizer at the root of the secondary flame; this device has the advantage, in addition to increasing the stability of the flame during operation in turbine gas, to allow a reduction of the nitrogen oxide NO contained in this gas by the so-called "reburning" effect ( NO is in fact transformed into N2 by chemical reduction coming from the CH + radicals present in the root of the flame);
- add at least one obstacle arranged opposite at least one gas jet ejected by one of these holes not extended by a tube, which promotes their bursting and widens the pilot flame also called primary to give it better efficiency. Different shapes can be given to this obstacle, such as preferably cylindrical, but other shapes can be used with a similar effect. The other characteristics of the burners or burners described in the aforementioned patent EP 313 469 can also be combined with those described above. and below of the present invention to obtain a burner also ensuring a practically constant aeration rate of the fuel air mixture despite variations in the fuel flow rate and / or the speed of the gas to be heated. Such additional characteristics are described below and shown in certain figures. The result is new gas burners for heating a gas circulating in a duct and which include improvements to the current known burners because they respond to the problem posed, which is to respect the regulatory emission values of nitrogen oxides NOx and carbon oxides CO while ensuring good flame stability and a practically constant aeration rate of the combustible air mixture whatever the variations in the flow fuel and / or the speed of the gas to be heated. Such results show the novelty and the advantage of the present invention without it being necessary to cite other advantages. The description and the attached drawings represent examples of embodiment of the invention which have no limiting character: other embodiments are possible within the scope and scope of this invention, in particular by changing the shape of the fuel supply tube as well as that of the stabilizing deflector, as well as the number of fuel injection orifices or holes which may for example be between 2 and 10.
- Figure 1 is a sectional view of an exemplary embodiment of a burner according to the invention perpendicular to the axis of its fuel gas supply tube;
- Figure 2 is a sectional view along line II-II 'of Figure 3 of another embodiment of a burner according to the invention;
- Figure 3 is a front view, facing the flow of gas to be heated, of the burner shown in Figure 2;
- Figure 4 is a sectional view along line IV-IV 'of Figure 3 of an embodiment of a burner according to the invention;
- Figure 5 is a sectional view along II, II 'of Figure 3 of another embodiment, than that of Figures 1 and 2, of a burner according to the invention.
Celle-ci concerne un type de brûleur destiné à
être placé dans un conduit pour chauffer un gaz
circulant dans ce conduit et qui comporte un tube 1
d'axe XX' apte à être disposé transversalement par
rapport à la direction A de circulation desdits gaz ;
ledit tube peut être de section circulaire de diamètre
D, tel que représenté sur la figure 2 mais également de
section quelconque telle que par exemple celle de la
figure 1, et peut porter différents blocs brûleurs
disposés côte à côte pour constituer une rampe. This concerns a type of burner intended for
be placed in a duct to heat a gas
circulating in this conduit and which comprises a
Ce tube 1 est alimenté en gaz combustible 10 et
est percé d'au moins deux trous 3 par bloc brûleur,
alignés sur une même génératrice 18 parallèle donc à
l'axe XX' du tube ; un stabilisateur de flamme 2 formé
par deux ailes 12 divergentes formant déflecteurs de
part et d'autre de ladite génératrice 18 est fixé sur
ledit tube 1.This
Selon les modes de représentation des figures 2
à 5, ledit stabilisateur déflecteur 2 peut comporter des
parois 131, 132 formant nervures de renforcement aux
extrémités, suivant la direction d'axe XX', des ailes 12
de chaque bloc brûleur, ainsi que des nervures 141, 142
intermédiaires quand le bloc brûleur comporte plusieurs
trous 3 et nécessite donc un renforcement intermédiaire
des ailes 2 ; celles-ci peuvent comporter une cassure
22, vers leurs bords extérieurs 17 aval par rapport à la
direction A de circulation des gaz comburants, pour
raidir ceux-ci et améliorer l'aérodynamisme du bloc
brûleur.According to the modes of representation of FIGS. 2 to 5, said
Selon l'invention, au moins un desdits trous 3
est prolongé par une tubulure 11 s'étendant au-delà des
bords extérieurs 17 des ailes 12 et percé d'au moins un
orifice 9 d'éjection du gaz 10 combustible à son
extrémité distale.According to the invention, at least one of said
Ainsi, comme représenté sur la figure 1, au
moins un orifice dit classique 3 ne comportant pas de
tubulure permet d'obtenir une flamme dite pilote ou
primaire 19 assurant l'allumage et la stabilité d'au
moins une flamme principale dite secondaire 20 provenant
de l'injection étagée.Thus, as shown in Figure 1, at
minus a so-called
Comme l'on peut conserver la stabilité de cette
flamme secondaire 20 avec seulement 10% du gaz
combustible dans les orifices primaires 3, grâce à des
dispositifs tels que décrits ci-après, le système de
pré-mélange par système Venturi utilisant une tuyère
convergente divergente 8 telle que représentée sur la
figure 2 et décrite dans la demande de brevet EP 313 469
n'est pas indispensable au bon fonctionnement du
brûleur: la présente invention s'applique ainsi à tous
types de brûleurs «en veine» comportant un stabilisateur
déflecteur, mais incluant ou non un tel dispositif
Venturi.As we can keep the stability of this
secondary flame 20 with only 10% of the gas
fuel in the
De préférence l'extrémité distale de la tubulure
11 comporte plusieurs orifices 9 d'éjection divergents
dont les axes d'éjection sont inclinés d'un angle β par
rapport au plan AA' défini par la génératrice 18
d'alignement des trous 3 et l'axe XX' du tube 1, et d'un
angle α par rapport au plan BB' perpendiculaire au
précédent et passant par le trou 3 prolongé par ladite
tubulure 11.Preferably the distal end of the
Le nombre d'orifices, leur angle d'éjection α et
β et leur diamètre de passage sont fonction de la
vitesse du comburant et des dimensions du conduit dans
lequel on dispose le brûleur, (et donc de la distance
entre les rampes qui le composent), afin de pouvoir
adapter et optimiser la pénétration des jets de
combustible dans la veine du comburant. Pour cela ladite
extrémité distale 25 de la tubulure 11 peut être
interchangeable et fixée par un système de filetage ou
autres.The number of orifices, their ejection angle α and
β and their passage diameter are a function of the
oxidizer speed and duct dimensions in
which one has the burner, (and therefore the distance
between the ramps that compose it), in order to be able
adapt and optimize the penetration of the
fuel in the oxidizer vein. For that said
Dans le cas de quatre orifices 9 d'éjection par exemple, leurs axes peuvent être inclinés deux à deux, d'un angle β de 20 à 50° de part et d'autre du plan AA' et d'un angle α de 10 à 30° de part et d'autre du plan BB'.In the case of four ejection orifices 9 per example, their axes can be tilted two by two, with an angle β of 20 to 50 ° on either side of the plane AA ' and at an angle α of 10 to 30 ° on either side of the plane BB '.
Pour obtenir la stabilité de la flamme principale, dite secondaire 20, avec seulement 10% du gaz combustible dans les orifices primaires 3 et éviter la formation de CO lors du fonctionnement en gaz turbine, le brûleur suivant l'invention comporte :
- éventuellement un
obstacle 15 disposé en face d'un desditstrous 3 non prolongé par latubulure 11 afin de favoriser l'éclatement des jets d'éjection de gaz combustible et élargir ainsi la flamme primaire pour lui conférer une meilleure efficacité; - des ouvertures 21 au-delà des bords extérieurs 17 des ailes tels que définis précédemment et prolongés par des ailerons ou déflecteurs complémentaires 24, et réalisés dans ces dits ailerons 24 à un niveau intermédiaire par rapport à l'extrémité 23 aval de ceux-ci par rapport à la direction A de circulation des gaz comburants ; ces ouvertures 21 permettent le passage d'une partie de ce gaz comburant qui est alors introduit à la racine de la flamme secondaire 20, assurant une alimentation plus progressive de celles-ci, et permet une réduction du NO contenu dans ce gaz comburant.
- possibly an
obstacle 15 disposed opposite one of saidholes 3 not extended by thepipe 11 in order to promote the bursting of the fuel gas ejection jets and thus widen the primary flame to give it better efficiency; - openings 21 beyond the outer edges 17 of the wings as defined above and extended by ailerons or complementary deflectors 24, and produced in these said fins 24 at an intermediate level relative to the downstream end 23 thereof by relation to direction A of circulation of oxidizing gases; these openings 21 allow the passage of a portion of this oxidizing gas which is then introduced at the root of the secondary flame 20, ensuring a more gradual supply thereof, and allows a reduction of the NO contained in this oxidizing gas.
Suivant le mode de réalisation de la figure 5 un
bloc brûleur tel que celui représenté sur la figure 2
peut être modifié facilement par rajout de pièces
complémentaires correspondant à ces ailerons 24 et
disposées au-delà de la cassure 22 des ailes 12
correspondant aux bords 17 : la position et les
dimensions de ces ailerons 24 ayant un effet important
sur les résultats, il est intéressant d'avoir la
possibilité de les changer en cas de nécessité grâce à
leur réalisation par pièce rajoutée.According to the embodiment of Figure 5 a
burner block such as that shown in Figure 2
can be easily modified by adding parts
complementary corresponding to these fins 24 and
arranged beyond the
Tel que représenté sur les figures 2 à 4,
l'obstacle 15 éventuellement disposé en face d'un des
dits trous 3 non prolongé par la tubulure 11 peut être
porté, par un collier ou couronne de fixation 16, sur la
tubulure 11 pour ce qui concerne les trous ou orifices 3
d'éjection placés de part et d'autre de celle-ci. Ledit
obstacle 15 est par exemple cylindrique et son axe est
perpendiculaire à celui du trou 3 en face duquel il est
disposé.As shown in Figures 2 to 4,
the
Dans un type de bloc brûleur donné, celui-ci
peut comporter au moins trois trous 3 dont l'un d'entre
eux 3' est associé à la tubulure 11, l'obstacle 15 à un
autre trou 3' adjacent à celui associé à la tubulure 11
et le dernier trou étant libre.In a given type of burner block, this one
may have at least three
Un bloc brûleur peut avoir un nombre de trous en
fait quelconque, compris par exemple entre deux et dix
et la tubulure 11 peut être disposée de façon régulière
par exemple dans un trou sur deux, un trou sur trois ou
un trou sur quatre, etc...A burner block can have a number of holes in
any fact, for example between two and ten
and the
Dans le mode de réalisation représenté sur la
figure 4, à titre d'exemple, le bloc brûleur suivant
l'invention comprend cinq trous 3 dans lequel la
tubulure 11 est associée au trou central, les deux trous
adjacents à celui-ci étant associés à un obstacle 15 et
les deux trous d'extrémité étant libres.In the embodiment shown in the
Figure 4, by way of example, the following burner block
the invention comprises five
De tels brûleurs suivant l'invention peuvent
également comporter des éléments caractéristiques des
brûleurs, tels que décrits dans le brevet EP 313 469, et
tels qu'en particulier, devant au moins un trou 32 non
prolongé par une tubulure 11 et coaxialement à celui-ci,
une tuyère convergente divergente 8 apte à ce que le jet
de gaz éjecté par ledit trou 32 crée une dépression à
l'entrée de la tuyère 8, telle que représentée sur la
figure 4. Ladite entrée communique avec la face
extérieure ou extra-dos d'au moins une des ailes 12 du
stabilisateur 2 par au moins une ouverture 7.Such burners according to the invention may also include elements characteristic of the burners, as described in patent EP 313 469, and such as in particular, in front of at least one
L'espace entre les tuyères 8 et le tube 1 est
fermé par deux éléments de paroi 4 fixés sur le tube et
disposés quasi parallèles au plan défini par la
génératrice 18 d'alignement des trous 3 et l'axe XX' du
tube 1 et par une paroi frontale 5 raccordée auxdits
éléments de paroi 4 et portant les tuyères ; les
ouvertures 7 sont percées dans lesdits éléments de paroi
4.The space between the
A titre d'exemples de réalisation on peut donner
quelques indications de dimensions d'un bloc brûleur
suivant l'invention dans lequel la longueur L11 de la
tubulure 11 au-delà de l'orifice 3 auquel elle est
associée est de l'ordre de 100 à 200 mm avec une
longueur L au-delà de la sortie des tuyères 8, de 40 à
150 mm environ et de préférence entre 50 et 80 mm pour
un diamètre d11 de 12 à 20 mm. L'obstacle 15 peut être
un tube cylindrique de diamètre d15 de 10 mm environ et
disposé à une distance a de l'ordre de 25 mm de la
sortie des tuyères 8 ; la longueur L15 de tels obstacles
fixés sur la tubulure 11 peut être de l'ordre de 85 à 90
mm suivant la distance séparant deux trous ou orifices 3
adjacents ; le diamètre D1 du tube d'alimentation en
combustible est de l'ordre de 85 à 90 mm.As examples of embodiment, one can give some indications of dimensions of a burner block according to the invention in which the length L 11 of the
Claims (12)
caractérisé en ce qu'au moins un desdits trous (3) est prolongé par une tubulure (11) s'étendant au-delà des bords extérieurs (17) des ailes (12) et percée d'au moins un orifice (9) d'éjection du gaz (10) combustible à son extrémité distale.Burner intended to be placed in a conduit for heating a gas circulating in this conduit, and comprising a tube (1) of axis XX 'capable of being arranged transversely with respect to the direction A of circulation of said gas, supplied with combustible gas ( 10) and pierced with at least two holes (3) aligned on the same generator (18), and a flame stabilizer (2) formed by two diverging wings (12) forming a deflector on either side of said generator ( 18),
characterized in that at least one of said holes (3) is extended by a tube (11) extending beyond the outer edges (17) of the wings (12) and pierced with at least one orifice (9) d ejection of the combustible gas (10) at its distal end.
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