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EP2981761A1 - Procédé de combustion d'un bruleur à gaz a premelange bas nox - Google Patents

Procédé de combustion d'un bruleur à gaz a premelange bas nox

Info

Publication number
EP2981761A1
EP2981761A1 EP14713173.4A EP14713173A EP2981761A1 EP 2981761 A1 EP2981761 A1 EP 2981761A1 EP 14713173 A EP14713173 A EP 14713173A EP 2981761 A1 EP2981761 A1 EP 2981761A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzles
burner
premix
flame
nozzle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP14713173.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2981761B1 (fr
Inventor
Louis Ricci
Fouad SAID
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.)
Fives Pillard SA
Original Assignee
Fives Pillard SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fives Pillard SA filed Critical Fives Pillard SA
Priority to PL14713173T priority Critical patent/PL2981761T3/pl
Publication of EP2981761A1 publication Critical patent/EP2981761A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP2981761B1 publication Critical patent/EP2981761B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F23D14/04—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner
    • F23D14/08—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with axial outlets at the burner head
    • F23D14/085—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone induction type, e.g. Bunsen burner with axial outlets at the burner head with injector axis inclined to the burner head axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D23/00—Assemblies of two or more burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23M—CASINGS, LININGS, WALLS OR DOORS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION CHAMBERS, e.g. FIREBRIDGES; DEVICES FOR DEFLECTING AIR, FLAMES OR COMBUSTION PRODUCTS IN COMBUSTION CHAMBERS; SAFETY ARRANGEMENTS SPECIALLY ADAPTED FOR COMBUSTION APPARATUS; DETAILS OF COMBUSTION CHAMBERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F23M5/00—Casings; Linings; Walls
    • F23M5/02—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used
    • F23M5/025—Casings; Linings; Walls characterised by the shape of the bricks or blocks used specially adapted for burner openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners

Definitions

  • the present invention relates to industrial gas burners. These burners emit nitrogen oxides (NOx) which are sources of pollution.
  • NOx nitrogen oxides
  • the reduction of nitrogen oxides from combustion is therefore an issue in the development of industrial burners.
  • the combustion of the gas naturally or other gas
  • These nitrogen oxides are generally called thermal nitrogen oxides.
  • Today industrial gas burners are essentially diffusion flame burners, that is to say burners where the combustion and fuel mixture is integrally formed in the combustion chamber.
  • the most widely used thermal nitrogen oxide reduction techniques are generally based on local variations in oxygen and fuel levels, either by staging the air or by staggering the air. combustible.
  • the method and the burner of the present invention relate to a low NOx gas burner based on premixing technology.
  • nitrogen oxides can vary in a ratio of more than 10 depending on the oxidant / fuel ratio.
  • the oxidant is ambient air
  • the fuel gas is a rich gas (Lower Calorific Value> 6 kWh per Nm 3 )
  • the amount of oxidant required for complete combustion of the gas and a low generation of nitrogen oxide is between 140 and 170% of the amount of stoichiometric oxidant.
  • the nitrous oxide emissions from the premix combustion become extremely low compared to those obtained with a diffusion flame.
  • the burner which is the subject of the present invention uses the premixing technique for its low NOx performance, and a complementary device in order to reduce this overall air excess at the burner without increasing the emissions of nitrogen oxides of thermal origin.
  • PCI being the lower calorific value, that is to say the calorific value without taking into account the energy of the condensation.
  • CP being the thermal capacity in kJ / kg.
  • the combustion process according to the invention comprises a premix burner consisting of a set of premix nozzles arranged circularly in a diameter DB around a central nozzle disposed on a central axis of the burner and intended to create a radial flame characterized by the set of nozzles has an oxidizer / fuel ratio (R) of between 1.3 and 1.75.
  • the burner is a premix burner consisting of two types of nozzles.
  • a set of premix nozzles arranged circularly according to a diameter DB and intended to produce mainly axial flames.
  • These peripheral nozzles are positioned around a central nozzle disposed on the central axis of the burner and intended to create a radial flame.
  • the radial flame from the central nozzle is intended to ensure inter-ignition between the different premix nozzles called "peripheral".
  • the radial flame is also produced by premix combustion with, at this nozzle, a ratio (R) of between 1.3 and 1.75.
  • the central nozzle is premixed. This guarantees a better distribution of the ratio (R).
  • the radial flame is a premix flame representing 3 to 20% of the total fuel flow emitted by the nozzles.
  • the central nozzle and the peripheral nozzles are premixed and each have an oxidizer / fuel ratio (R) of between 1.3 and 1.75.
  • R oxidizer / fuel ratio
  • Each of the nozzles having an optimum ratio (R) the amount of NOx emitted by each nozzle is reduced, and the intersection zones between the flames of the different nozzles also emit little NOx.
  • the central nozzle is removable.
  • the central nozzle is removable and can easily be replaced by a lance liquid fuel injection, which gives the burner the opportunity to be mixed gas and liquid.
  • the premix nozzles have a deflection element which gives an exit angle to the premix between -45 ° and + 45 ° with respect to the central axis A.
  • the premix nozzles have axial or inclined outlets relative to the burner axis and the outlet angle of the nozzles varies between -45 and + 45 ° to adapt the flame shape to the different focus geometries and by varying the flame length / diameter ratios in a ratio of more than 4.
  • gas injectors are placed on the periphery of the burner around the peripheral nozzles on a diameter DL.
  • a proportion of gas must be injected outside the premix nozzles. This additional injection of gas is performed using injectors arranged between each nozzle or every two or three nozzles.
  • gas injectors are placed on the periphery of the burner around the peripheral nozzles on a diameter DL and the injectors inject 20% to 50% of the total fuel injected.
  • the injectors have an exit angle of between 0 and 40 ° with respect to the exit angle of the peripheral nozzles.
  • the additional gas is injected into a diameter DL close to the outer diameter DB of the nozzles at ⁇ 10% and is injected at an angle of 0 to 40 ° with respect to the axis of the nozzles this premix, and preferably between 10 and 30 .
  • This makes it possible not to increase the ratio (R) locally by a mixture that is too fast between this complement of injected gas and the premix obtained from the nozzles.
  • the gas is injected so as to mix first with the recirculating fumes at the flame periphery.
  • the advantage of this configuration is to facilitate its adaptation the openings of fireplaces and / or boilers, especially existing fireplaces or boilers.
  • the diameter DL has a dimension in mm less than or equal to: [P (in MW) ⁇ 20] + 450.
  • P is the power in megawatt. This dimension allows an optimization of the size of the burner and thus the opening of the fireplace and / or the boiler.
  • the injectors are equipped with a venturi system.
  • the gas is injected with a venturi system that accelerates the premixing of the peripheral smoke to the gas flame and the additional gas injected.
  • the diameter DL is between 1, 2 and 1, 6 times the diameter DB of the peripheral nozzles.
  • the injectors inject the gas in a diameter greater than the diameter DB of the nozzles.
  • the additional gas injections are put in place via straight injectors passing through the wall of the furnace and / or the boiler, or by elbow injectors fitted by mechanical rotation from the outside of the firebox for the fireplaces whose wall does not allow no crossing of straight spears.
  • the injectors have an exit angle of between -20 ° and + 20 ° with respect to the axis of the burner.
  • the nozzles have a flame stabilizer which is 0.1 to 0.4 times the section of said nozzle. Since the stability of the premix flames is sensitive to local velocity gradients, it is necessary to use a reliable device to "hang" and stabilize the flame. This necessitated the development of a powerful hanging and flame stabilization device thanks to a stabilizer inserted at the outlet of each nozzle which makes it possible to extend the stability of the premix flame for a ratio (R) plus important, and also increases the flow variation of the burner without risk of rising flame in the premix nozzle. So that the burner load variation is greater than 6 and the overall burner pressure drop is ⁇ 300 DaPa, the area of the flame stabilizer with respect to the nozzle surface should be between 0.1 and 0.4.
  • the stabilizer can be placed in the center of the nozzle, or outside the nozzle.
  • the flame stabilizer determines the exit angle of the premix.
  • the outlet angle of the premix is given by deflection elements associated or not with the flame stabilizer.
  • the peripheral nozzles have a flame stabilizer having a radial portion disposed at the center of each peripheral nozzle.
  • the stabilizer comprises a radial stabilizing portion which ensures better diffusion of the radial central flame towards the center of each peripheral nozzle. This ensures a rapid ignition of the premix at the outlet of the peripheral nozzles at the level of the stabilizer for a wide speed range of the premix outlet and thus a wide range of power variation of the burner.
  • the invention also relates to a burner implemented by the method.
  • Figure 1 is a section of a burner of the state of the art, showing the implantation of the peripheral nozzles
  • FIG. 2 represents a front view of the burner of FIG. 1,
  • FIG. 3 represents a section of a burner according to the invention, showing the arrangement of the central nozzle and the diffusion of the radial flame.
  • FIG. 4 is a front view of the burner of FIG. 2,
  • FIG. 5 is the detail of a nozzle with the stabilizer according to a first embodiment
  • FIG. 6 is the detail of a second embodiment of a nozzle according to the invention
  • FIG. 7 is the detail of a third embodiment of a nozzle according to the invention with the stabilizer and the deflection elements;
  • FIG. 8 is the detail of a nozzle according to a fourth embodiment,
  • FIG. 9 is the detail of a peripheral nozzle with the central nozzle
  • FIG. 10 is a sectional view of a burner according to a second embodiment, with the complementary gas injection
  • Figure 11 is a front view of the burner of Figure 10
  • Figure 12 shows the detail of an injector seen in profile
  • Figure 13 is a front view of the injector of Figure 12
  • Figure 14 is a sectional view of a burner according to a third embodiment
  • Figure 15 is a sectional view of a fourth embodiment of a burner according to the invention.
  • the burner 1 of the state of the art illustrated in FIGS. 1 comprises premix nozzles 2 arranged circularly around the axis A of the burner 1.
  • Each nozzle 2 is preferably cylindrical, almost all the oxidant (usually air) is introduced therein.
  • the fuel is injected into these nozzles 2 via a series of primary injectors, the number of which can vary from 1 to 16 depending on the burner power and the available gas pressure.
  • Each primary injector 3 diffuses the gas using a series of holes
  • the position of the primary injectors 3 in the nozzle 2 and the staged distribution of the holes is defined in order to distribute as homogeneously as possible the gas in the entire surface of the nozzle 2, avoiding the jet intersection zones and therefore the gas accumulation zones and the gas-free zones in the premix.
  • the burner 1 according to the invention shown in FIGS. 3 and 4 comprises peripheral nozzles 2 and a central nozzle 4.
  • the premix nozzles 2 are preferably arranged circularly around a central nozzle 4 creating a radial flame 5.
  • This radial flame 5 is intended to ensure the inter-ignition between the different premix nozzles 2.
  • a radial flame is also achieved by premixing combustion to maintain the ratio (R) favorable to the low production of nitrogen oxides of thermal origin at the intersection of the radial flame 5 and axial flames from the nozzles 2.
  • the central nozzle 4 is removable and can be replaced by another type of nozzle which gives a certain diversity to the burner 1.
  • the different nozzle variants 2 illustrated in FIGS. 5 to 8 comprise a stabilizer 6 arranged:
  • FIG. 9 shows a form of stabilizer 6 having a radial portion 62 which makes it possible both to have the stabilizer 6 in the middle of the nozzle 2.
  • This radial portion 62 ensures better diffusion of the radial central flame 5 towards the center of each peripheral nozzle 2.
  • Figures 10 and 1 1 show a second embodiment of the burner 1 where injectors 7 disposed on the periphery of the burner 1 outside the diameter DB of the nozzles 2 on a diameter DL.
  • the injectors 7 are placed between two nozzles 2 (see Figure 1 1) or both nozzles. This position allows easier mixing of the mixtures of the nozzles 2 with the gas of the injectors 7.
  • the injector 7 opens on a venturi 70 (see FIGS. 12 and 13) which allows the mixing of the gas coming from the injectors 7 to be accelerated with the combustion gases with a low oxygen content circulating around the periphery of the burner flame. This arrangement allows a slow combustion of this additional gas injected by the injectors 7 and limits the formation of NOx linked to this combustion.
  • This venturi 71 has a semicircular shape in order to surround the end 71 of the injector 7.
  • the burner 1 illustrated in FIG. 14 is disposed on a wall 8 and has injectors 7 placed outside the diameter DB of the nozzles 2.
  • the injectors 7 are straight and pass through the wall 8. When it is not possible to through the wall 8, the injectors 7 along the burner 1 to cross the wall 8 and then continue with a bent portion 73 which allows to inject the gas at the chosen distance.
  • the injectors 7 inject the gas with an angle between -20 ° and + 20 °, this injection angle is achieved in known manner for example by inclined orifices (not shown).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Le procédé selon l'invention comprend un brûleur à prémélange constitué d'un ensemble de buses (2) de prémélange disposées circulairement selon un diamètre DB autour d'une buse centrale (4) disposé sur un axe central A au brûleur (1) et destinée à créer une flamme radiale (5) caractérisée en ce que l'ensemble des buses (2, 4) a un ratio comburant/carburant (R) compris entre 1,3 et 1,75. La flamme radiale (5) a pour mission d'assurer l'inter-allumage entre les différentes buses (2, 4) de prémélange. Une flamme annulaire est également réalisée par une combustion en prémélange afin de conserver le ratio (R) favorable à la faible production d'oxydes d'azote d'origine thermique à l'intersection de la flamme radiale et des flammes issues des buses.

Description

PROCÉDÉ DE COMBUSTION D'UN BRULEUR À GAZ A PREMELANGE BAS NOX
Domaine technique
La présente invention se rapporte aux brûleurs industriels à gaz. Ces brûleurs émettent des oxydes d'azote (NOx) qui sont des sources de pollution.
La réduction des oxydes d'azote issus de la combustion est donc un enjeu de développement des brûleurs industriels. La combustion du gaz (naturel ou autre gaz) génère des oxydes d'azote par oxydation de l'azote de l'air à haute température. Ces oxydes d'azote sont généralement appelés oxydes d'azote d'origine thermique.
• Les vitesses de formation des oxydes d'azote, répondent aux lois d'Arrhenius sont très dépendantes : de la teneur locale en oxygène, · de la teneur locale en azote,
• de la température locale (notamment au delà de 1500 °C).
Aujourd'hui les brûleurs industriels à gaz sont essentiellement des brûleurs à flamme de diffusion, c'est-à-dire des brûleurs où le mélange comburant et carburant est réalisé intégralement dans la chambre de combustion. Pour ces brûleurs à flamme de diffusion, les techniques de réduction des oxydes d'azote d'origine thermique les plus largement utilisées sont généralement basées sur des variations locales des teneurs en oxygène et combustible, soit par étagement de l'air ou par étagement du combustible.
Dans le cas d'une combustion à flamme avec prémélange du comburant et du combustible, la température au cœur de la flamme est plus homogène et dépend très fortement du ratio comburant/combustible. Par conséquence directe, les émissions d'oxyde d'azote sont donc également extrêmement sensibles à ce ratio.
Le procédé et le brûleur objets de la présente invention concernent un brûleur gaz bas NOx basé sur la technologie de prémélange. L'expérience montre que les oxydes d'azote peuvent varier dans un rapport de plus de 10 en fonction du ratio comburant/combustible. Par exemple, lorsque le comburant est de l'air ambiant, et que le gaz carburant est un gaz riche (Pouvoir Calorifique Inférieur > 6 kWh par Nm3) la quantité de comburant nécessaire à une combustion complète du gaz et une faible génération d'oxyde d'azote est comprise entre 140 et 170% de la quantité de comburant stœchiométrique. Dans ces conditions, les émissions d'oxyde d'azote issues de la combustion en prémélange deviennent extrêmement faibles comparées à celles obtenues avec une flamme de diffusion.
Cependant, cet excès de comburant est un obstacle à l'utilisation de cette technique de prémélange dans des procédés tels que chaudières, fours industriels, etc.. où un large excès de comburant au delà des 100% de la stœchiométrie nécessaire à la combustion génère des pertes thermiques supplémentaires lors de son rejet à la cheminée à température élevée (> 100°).
Le brûleur objet de la présente invention utilise la technique de prémélange pour sa performance bas NOx, et un dispositif complémentaire afin de réduire cet excès d'air global au brûleur sans pour autant augmenter les émissions d'oxydes d'azote d'origine thermique.
Dans ce brûleur, les essais ont démontré que pour assurer à la fois une température suffisante à la combustion mais également une très faible production d'oxydes d'azote d'origine thermique, le ratio comburant/carburant dans le prémélange ou plus précisément le ratio (R) avait une grande importance.
p-j_ Débit. Combustible Pr emelange x PCI combustible
l000x(DébitCombustible Pr emelange.CP combustible + DébitComburant.CP comburant)
PCI étant le pouvoir calorifique inférieur, c'est-à-dire le pouvoir calorifique sans tenir compte de l'énergie de la condensation.
CP étant la capacité thermique en kJ/kg.
Les débits étant en kg/h. Le procédé de combustion selon l'invention comprend un brûleur à prémélange constitué d'un ensemble de buses de prémélange disposées circulairement selon un diamètre DB autour d'une buse centrale disposée sur un axe central au brûleur et destinée à créer une flamme radiale caractérisée en ce que l'ensemble des buses a un ratio comburant/carburant (R) compris entre 1 ,3 et 1 ,75.
Le brûleur est un brûleur à prémélange constitué de deux types de buses. Un ensemble de buses de prémélange disposées circulairement selon un diamètre DB et destinées à réaliser des flammes principalement axiales. Ces buses périphériques sont positionnées autour d'une buse centrale disposée sur l'axe central du brûleur et destinée à créer une flamme radiale.
La flamme radiale issue de la buse centrale a pour but d'assurer l'inter-allumage entre les différentes buses de prémélange dites « périphériques ». La flamme radiale est également réalisée par une combustion en prémélange avec, au niveau de cette buse, un ratio (R) compris entre 1 ,3 et 1 ,75
Selon une caractéristique particulière, la buse centrale est en prémélange. Ceci qui garantit une meilleure répartition du ratio (R).
Selon une autre caractéristique, la flamme radiale est une flamme de prémélange représentant 3 à 20% du débit total de carburant émis par les buses.
Selon une disposition particulière, la buse centrale et les buses périphériques sont à prémélange et ont chacune un ratio comburant/carburant (R) compris entre 1 ,3 et 1 ,75. Chacune des buses ayant un ratio (R) optimum, la quantité de NOx émise par chaque buse est réduite, et les zone d'intersection entre les flammes des différentes buses émettent également peu de NOx.
Selon une autre disposition, la buse centrale est démontable. La buse centrale est démontable et peut être remplacée facilement par une lance d'injection de combustible liquide, ce qui confère au brûleur la possibilité d'être mixte gaz et liquide.
Selon une caractéristique particulière, les buses de prémélange ont un élément de déviation qui donne un angle de sortie au prémélange compris entre -45° et +45° par rapport à l'axe cenrtal A. Les buses de prémélange ont des sorties axiales ou inclinées par rapport à l'axe du brûleur et l'angle de sortie des buses varie entre -45 et + 45° pour adapter le forme de flamme aux différentes géométries de foyer et en faisant varier les rapports longueur/diamètre de flamme dans un rapport de plus de 4.
Selon une disposition particulière, des injecteurs de gaz sont placés sur la périphérie du brûleur autour des buses périphériques sur un diamètre DL. Pour réduire l'excès d'air/comburant au brûleur sans augmenter les émissions d'oxydes d'azote, une proportion de gaz doit être injectée à l'extérieur des buses de prémélange. , Cette injection complémentaire de gaz est réalisée à l'aide d'injecteurs disposés entre chaque buse ou toutes les deux ou trois buses.
Selon une caractéristique particulière, des injecteurs de gaz sont placés sur la périphérie du brûleur autour des buses périphériques sur un diamètre DL et les injecteurs injectent 20% à 50% du carburant total injecté.
Selon une autre caractéristique, les injecteurs ont un angle de sortie compris entre 0 et 40° par rapport à l'angle de sortie des buses périphériques. Le gaz complémentaire est injecté dans un diamètre DL proche du diamètre extérieur DB des buses à ± 10% et il est injecté avec un angle de 0 à 40° par rapport à l'axe des buses ce prémélange, et de préférence compris entre 10 et 30° . Ceci permet de ne pas augmenter le ratio (R) localement par un mélange trop rapide entre ce complément de gaz injecté et le prémélange issu des buses. Le gaz est injecté de façon à se mélanger d'abord avec les fumées recirculant à la périphérie de flamme. L'avantage de cette configuration est de faciliter son adaptation aux ouvertures des foyers et/ou chaudières, en particulier aux foyers ou chaudières existants.
Selon une caractéristique particulière, le diamètre DL a une dimension en mm inférieure ou égale à : [P (en MW) x20] + 450. P étant la puissance en Mégawatt. Cette dimension permet une optimisation de la taille du brûleur et donc de l'ouverture du foyer et/ou de la chaudière.
Selon une autre disposition, les injecteurs sont équipés d'un système de venturi. Le gaz est injecté avec un système de venturi qui accélère le prémélange de la fumée périphérique à la flamme gaz et le complément de gaz injecté.
Selon une autre caractéristique, le diamètre DL est compris entre 1 ,2 et 1 ,6 fois le diamètre DB des buses périphériques. Les injecteurs injectent le gaz dans un diamètre supérieur au diamètre DB des buses. Les injections complémentaires de gaz sont mises en place via des injecteurs droits traversant le mur du foyer et/ou de la chaudière, ou par des injecteurs coudés mis en place par rotation mécanique depuis l'extérieur du foyer pour les foyers dont le mur ne permet pas de traversée de lances droites.
Selon une autre caractéristique, les injecteurs ont un angle de sortie compris entre -20° et +20° par rapport à l'axe du bûleur.
Selon une variante, les buses ont un stabilisateur de flamme qui représente 0,1 à 0,4 fois la section de ladite buse. La stabilité des flammes de prémélange étant sensible aux gradients de vitesses locaux, il est nécessaire d'utiliser un dispositif fiable servant à "accrocher" et stabiliser la flamme. Ceci a nécessité la mise au point d'un dispositif performant d'accrochage et de stabilisation de flamme grâce à un stabilisateur inséré à la sortie de chaque buse qui permet d'étendre la stabilité de la flamme de prémélange pour un ratio (R) plus important, et augmente également la variation de débit du brûleur sans risque de remontée de flamme dans la buse de prémélange. Pour que la variation de charge du brûleur soit supérieure à 6 et que la perte de charge globale du brûleur soit < à 300 DaPa, la surface du stabilisateur de flamme par rapport à la surface de la buse doit être comprise entre 0,1 et 0,4. Le stabilisateur pouvant être mis au centre de la buse, ou à l'extérieur de la buse.
Selon une caractéristique particulière, le stabilisateur de flamme détermine l'angle de sortie du prémélange. L'angle de sortie du prémélange est donné par des éléments de déviation associés ou pas au stabilisateur de flamme.
Selon une autre disposition, les buses périphériques ont un stabilisateur de flamme comportant une partie radiale disposée au centre de chaque buse périphérique. Pour un meilleur accrochage de la flamme au nez de chaque buse de prémélange, le stabilisateur comporte une partie stabilisatrice radiale qui assure une meilleure diffusion de la flamme centrale radiale vers le centre de chaque buse périphérique. Cela assure une inflammation rapide du prémélange à la sortie des buses périphériques au niveau du stabilisateur pour une grande plage de vitesse de la sortie des buses de prémélange et donc une grande plage de variation de puissance du brûleur.
L'invention concerne également un brûleur mis en œuvre par le procédé.
D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre d'exemple.
La figure 1 est une coupe d'un brûleur de l'état de la technique, montrant l'implantation des buses périphériques
- La figure 2 représente une vue de face du brûleur de la figure 1 ,
La figure 3 représente une coupe d'un brûleur selon l'invention, montrant la disposition de la buse centrale et la diffusion de la flamme radiale
Le figure 4 est une vue de face du brûleur de la figure 2,
- La figure 5 est le détail d'une buse avec le stabilisateur selon un premier mode de réalisation, La figure 6 est le détail d'un second mode de réalisation d'une buse selon l'invention,
La figure 7 est le détail d'un troisième mode de réalisation d'une buse selon l'invention avec le stabilisateur et les éléments de déviation, - La figure 8 est le détail d'une buse selon un quatrième mode de réalisation,
La figure 9 est le détail d'une buse périphérique avec la buse centrale,
La figure 10 est une vue en coupe d'un brûleur selon un deuxième mode de réalisation, avec l'injection de gaz complémentaire
La figure 1 1 est une vue de face du brûleur de la figure 10, La figure 12 montre le détail d'un injecteur vu de profil, La figure 13 est une vue de face de l'injecteur de la figure 12, La figure 14 est une vue en coupe d'un brûleur selon un troisème mode de réalisation,
La figure 15 est une vue en coupe d'un quatrième de mode réalisation d'un brûleur selon l'invention.
Le brûleur 1 de l'état de la technique illustré aux figures 1 comprend des buses 2 de prémélange disposées circulairement autour de l'axe A du brûleur 1 . Chaque buse 2 est de préférence cylindrique, la quasi-totalité du comburant (généralement de l'air) y est introduit. Le combustible est quant à lui injecté dans ces buses 2 via une série d'injecteurs primaires, dont le nombre peut varier de 1 à 16 en fonction de la puissance du brûleur et de la pression gaz disponible.
Chaque injecteur primaire 3 diffuse le gaz à l'aide d'une série de trous
(non représentés) répartis radialement sur l'injecteur primaire 3 et faisant un angle de 90° à 45° par rapport à l'axe de la bue 2. La position des injecteurs primaire 3 dans la buse 2 et la répartition étagée des trous est définie afin de diffuser de manière la plus homogène possible le gaz dans toute la surface de la buse 2, en évitant les zones d'intersection des jets et par conséquent les zones de cumul de gaz et les zones sans gaz dans le prémélange.
Le brûleur 1 selon l'invention représenté aux figures 3 et 4 comprend des buses 2 périphériques et une buse centrale 4. Les buses de prémélange 2 sont disposées de préférence circulairement autour d'une buse centrale 4 créant une flamme radiale 5. Cette flamme radiale 5 a pour mission d'assurer l'inter-allumage entre les différentes buses de prémélange 2. Une flamme radiale est également réalisée par une combustion en prémélange afin de conserver le ratio (R) favorable à la faible production d'oxydes d'azote d'origine thermique à l'intersection de la flamme radiale 5 et des flammes axiales issues des buses 2.
La buse centrale 4 est démontable et peut être remplacée par un autre type de buse ce qui donne une certaine mixité au brûleur 1 .
Les différentes variantes de buses 2 illustrées aux figures 5 à 8 comprennent un stabilisateur 6 disposé :
- au centre de la buse 2 sur la figure 5,
- sur les deux cotés de la buse 2 sur la figure 6,
- au centre avec des ailettes 60 sur la figure 7,
- avec un conduit arrondi 61 au bout duquel est placé le stabilisateur 6 sur la figure 8.
La figure 9 montre une forme de stabilisateur 6 présentant une partie radiale 62 qui permet à la fois de pouvoir disposer le stabilisateur 6 au milieu de la buse 2. Cette partie radiale 62 assure une meilleure diffusion de la flamme centrale radiale 5 vers le centre de chaque buse périphérique 2.
Les figures 10 et 1 1 montrent un deuxième mode de réalisation du brûleur 1 où des injecteurs 7 disposés sur la périphérie du brûleur 1 à l'extérieur du diamètre DB des buses 2 sur un diamètre DL. Les injecteurs 7 sont placés entre deux buses 2 (cf figure 1 1 ) ou toutes les deux buses. Cette position permet un mélange plus aisé des mélanges des buses 2 avec le gaz des injecteurs 7. Dans un mode de réalisation, l'injecteur 7 débouche sur un venturi 70 (cf. figures 12 et 13) qui permet l'accélération du mélange du gaz issu des injecteurs 7 avec les gaz combustion à faible teneur en oxygène circulant en périphérie de la flamme du brûleur. Cette disposition permet une combustion lente de ce gaz additionnel injecté par les injecteurs 7 et limite la formation de NOx liée à cette combustion. Ce venturi 71 a une forme semi circulaire afin d'entourer le bout 71 de l'injecteur 7.
Le brûleur 1 illustré figure 14 est disposé sur un mur 8 et il présente des injecteurs 7 placés à l'extérieur du diamètre DB des buses 2. Les injecteurs 7 sont droits et traversent le mur 8. Lorsqu'il n'est pas possible de traverser le mur 8, les injecteurs 7 longent le brûleur 1 pour traverser le mur 8 puis se poursuivent par une partie coudée 73 qui permet d'injecter le gaz à la distance choisie. Les injecteurs 7 injectent le gaz avec un angle compris entre -20° et +20° , cet angle d'injection st réalisé de façon connu par exemple par des orifices inclinés (non représentés).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de combustion comprenant un brûleur (1 ) à prémélange constitué d'un ensemble de buses (2) de prémélange disposées circulairement selon un diamètre DB autour d'une buse centrale (4) disposé sur un axe A central au brûleur (1 ) et destinée à créer une flamme radiale (5) caractérisée en ce que l'ensemble des buses (2, 4) a un ratio comburant/carburant (R) compris entre 1 ,3 et 1 ,75.
2. Procédé selon la revendication précédente caractérisé en ce que la flamme radiale (5) est une flamme de prémélange représentant 3 à 20% du débit total de carburant émis par les buses (2, 4).
3. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que la buse centrale (4) et les buses (2) périphériques sont à prémélange et ont chacune un ratio comburant/carburant (R) compris entre 1 ,3 et 1 ,75.
4. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les buses (2) de prémélange ont un élément de déviation (60, 61 ) qui donne un angle de sortie au prémélange compris entre -45° et +45° par rapport à l'axe central A.
5. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que des injecteurs (7) de gaz sont placés sur la périphérie du brûleur (1 ) autour des buses (2) périphériques sur un diamètre DL et que les injecteurs (7) injectent 20% à 50% du carburant total injecté.
6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les injecteurs (7) ont un angle de sortie compris entre 0 et 40° par rapport à l'angle de sortie des buses (2) périphériques.
7. Procédé selon une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le diamètre DL a une dimension en mm inférieure ou égale à : [P (en MW) x20] + 450.
8. Procédé selon une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le diamètre DL est compris entre 1 ,2 et 1 ,6 fois le diamètre DB des buses (2) périphériques.
9. Procédé selon une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les injecteurs (7) ont un angle de sortie compris entre -20° et +20° par rapport à l'axe A du brûleur.
10. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce que les buses (2) ont un stabilisateur de flamme (6) qui représente 0,1 à 0,4 fois la section de ladite buse (2).
1 1 . Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les buses (2) périphériques ont un stabilisateur de flamme (6) comportant une partie radiale (62) disposée au centre de chaque buse (2) périphérique.
12. Brûleur (1 ) à prémélange du procédé selon l'une quelconque des revendications 4, 6, 7, 8, 9, 10 ou 1 1 .
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