FR2865022A1 - Bruleur radiant a haute temperature - Google Patents
Bruleur radiant a haute temperature Download PDFInfo
- Publication number
- FR2865022A1 FR2865022A1 FR0450052A FR0450052A FR2865022A1 FR 2865022 A1 FR2865022 A1 FR 2865022A1 FR 0450052 A FR0450052 A FR 0450052A FR 0450052 A FR0450052 A FR 0450052A FR 2865022 A1 FR2865022 A1 FR 2865022A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- burner according
- combustion
- distribution
- space
- main flow
- 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
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 35
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 title description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 claims description 13
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 claims description 4
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 MOSiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000010763 heavy fuel oil Substances 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910000464 lead oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N oxolead Chemical compound [Pb]=O YEXPOXQUZXUXJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 229910001404 rare earth metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
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
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/16—Radiant burners using permeable blocks
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2203/00—Gaseous fuel burners
- F23D2203/10—Flame diffusing means
- F23D2203/105—Porous plates
- F23D2203/1055—Porous plates with a specific void range
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2212/00—Burner material specifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2212/00—Burner material specifications
- F23D2212/10—Burner material specifications ceramic
- F23D2212/105—Particles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gas Burners (AREA)
Abstract
L'invention concerne un brûleur radiant pour la combustion d'un gaz oxygéné et d'un combustible, comportant :- un espace de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible,- des moyens d'injection du gaz oxygéné et du combustible dans l'espace de distribution et de combustion, l'un des moyens d'injection créant un écoulement principal du gaz oxygéné ou du combustible dans l'espace de distribution et de combustion,- un milieu poreux en céramique réfractaire au moins partiellement au contact de l'espace de distribution et de combustion,- une paroi émettrice étanche aux gaz en céramique réfractaire entourant le milieu poreux,et dans lequel le nombre de moyens d'injection autres que celui créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion est optimisé.
Description
L'invention concerne un brûleur radiant séparant les fonctions de
chauffage et de
combustion, à la manière des tubes radiants utilisés pour le recuit des aciers.
Le principe d'un brûleur radiant consiste à chauffer un corps à haute température par la combustion d'un combustible gazeux (gaz naturel, GPL) ou liquide (fioul domestique, fioul lourd) avec un comburant pouvant être de l'air, de l'oxygène pur ou de l'air enrichi en oxygène, puis à transmettre la chaleur du corps aux éléments à chauffer (la charge) par rayonnement de ce corps. En pratique, le brûleur est constitué d'un espace alimenté par les gaz comburant et combustible et dans lequel a lieu la combustion; il peut par exemple s'agir d'un tube. Cet espace de combustion est en contact avec un milieu poreux assurant le transfert de la chaleur depuis l'espace de combustion vers la charge au travers de la surface émettrice de ce milieu poreux. Les gaz de combustion sont évacués de l'espace de combustion de manière à ne pas interagir avec la charge. L'énergie des gaz de combustion est en général récupérée et utilisée par le procédé lui-même (préchauffage du comburant ou du combustible) ou par d'autres procédés de l'utilisateur (production de vapeur d'eau, préchauffage de produits dans d'autres unités thermiques).
Les brûleurs radiants ont trois insuffisances principales. Tout d'abord, la puissance de chauffe par unité de surface (puissance surfacique) des brûleurs radiants actuels est limitée par la température maximale d'utilisation de la surface émettrice. Cette température ne dépasse pas 1200 C pour les tubes en alliages métalliques ou 1350 C pour les tubes en céramiques. La limitation de la puissance surfacique des brûleurs radiants a pour conséquence de limiter les capacités de transfert d'énergie entre l'espace de combustion et la charge, c'est-à-dire la vitesse de chauffe, mais également de limiter l'utilisation de ces brûleurs à des procédés dont la température est inférieure à 1250 C. En pratique les puissances surfaciques utiles des brûleurs radiants sont inférieures à 10 Wlcm2, généralement de l'ordre de 2 à 5 W/cm2. Ensuite, et malgré l'utilisation de systèmes de récupération d'énergie, le rendement thermique de ces brûleurs lorsqu'ils fonctionnent à haute température est modéré et généralement compris entre 0,45 et 0,75. Enfin, à haute température, leurs émissions d'oxydes d'azote sont significatives, typiquement de l'ordre de la centaine de ppm.
L'augmentation de la température de fonctionnement des brûleurs radiants est un moyen d'accroître la capacité de production d'un four donné (augmentation de la vitesse de chauffe), ou de réduire les coûts d'exploitation en substituant des éléments chauffant électriques par des brûleurs radiants. II serait donc utile de disposer de brûleurs radiants pouvant fonctionner au-delà de 1400 C pour la température de la surface émettrice, avec un rendement thermique supérieur à 0,75 et des émissions d'oxydes d'azote de l'ordre de la dizaine de ppm.
Une solution de principe, pour augmenter la température de fonctionnement des brûleurs radiant, tout en réduisant la consommation de combustible et les émissions d'oxydes d'azote, consiste à utiliser l'oxygène pur comme comburant. Cependant cette solution se confronte aux capacités limitées de transfert de chaleur entre la flamme (ou les produits de combustion) et la surface émettrice, ce qui occasionne très vite des points chauds et en pratique des problèmes de tenue en température des matériaux. La difficulté principale du développement d'un brûleur radiant industriel à haute température (température de la surface émettrice au-delà de 1400 C) réside en fait dans la capacité des matériaux à résister aux températures élevées, dans une atmosphère pouvant être localement oxydante ou réductrice, et aux chocs ou contraintes thermiques.
Un problème de la présente invention est donc, pour un matériau donné, de maximiser la puissance surfacique utile du brûleur radiant.
Dans ce but, l'invention concerne un brûleur radiant pour la combustion d'un gaz oxygéné et d'un combustible, comportant: - un espace de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible, - des moyens d'injection du gaz oxygéné et du combustible dans l'espace de distribution et de combustion, l'un des moyens d'injection créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion, - un milieu poreux en céramique réfractaire au moins partiellement au contact de l'espace de distribution et de combustion, - une paroi émettrice étanche aux gaz en céramique réfractaire entourant le milieu poreux, et dans lequel le nombre de moyens d'injection autres que celui créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion est compris entre 0,64(L/(Se)112) '50 et 16,1(L/(Se)11z) '52de préférence entre 3,36(L/(Se)u2) '5 et 12,3(L/(Se)1rz) '52L représentant la longueur de l'espace de distribution et de combustion dans la direction de l'écoulement principal et Se représentant la surface de la paroi émettrice. Selon l'invention, le brûleur radiant comprend un espace de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible; cet espace correspond au lieu où se développe la flamme de la combustion. Cet espace est alimenté par le gaz oxygéné et le combustible par des moyens d'injection. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'un des moyens d'injection crée un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion. Par écoulement principal, on entend l'écoulement dirigé dans la direction dans laquelle se développe la flamme_ Ce moyen d'injection créant l'écoulement principal peut être constitué de plusieurs points d'injection qui sont tous localisés au même endroit sur l'axe de l'écoulement principal, généralement à l'entrée de l'espace de distribution et combustion. II peut s'agir du gaz oxygéné ou du combustible. L'espace de distribution et de combustion est en contact avec un milieu poreux. La fonction du milieu poreux est de transférer la chaleur de la combustion depuis l'espace de combustion vers la paroi émettrice entourant le milieu poreux, ladite paroi émettrice transférant ensuite la chaleur vers la charge à chauffer. La paroi émettrice peut être constituée d'une fine couche de matériau déposée sur la surface extérieure du milieu poreux. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, le nombre des moyens d'injection différents du moyen d'injection créant l'écoulement principal est compris entre 0,64(L/(Se)112)0,50 et 16,1(L/(Se)12)0,52 de préférence entre 3,36(L/(Se) 112)0,50 et 12,3(L/(Se)1'2)0,52 L représentant la longueur de l'espace de distribution et de combustion dans la direction de l'écoulement principal et Se représentant la surface de la paroi émettrice. _II s'agit de préférence du nombre des moyens d'injection du combustible. Ces moyens d'injection assurent la distribution continue ou discrète d'un réactif le long de l'espace de combustion. De préférence, ces moyens d'injection autres que celui créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion sont répartis de manière uniforme le long de l'écoulement principal. Cette distribution uniforme assure l'étagement de l'injection du fluide. Le nombre de moyens d'injection peut varier en fonction de la puissance d'utilisation du brûleur, afin de permettre de maintenir un niveau de température pour la paroi émettrice de façon indépendante de la puissance transférée à la charge. Selon une variante, il est possible d'injecter un prémélange du gaz oxygéné et du combustible au moyen de ces moyens d'injection différents du moyen d'injection créant l'écoulement principal.
II est également avantageux que la section transverse de l'espace de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible Sc soit comprise entre (0,0102 et (0,34L)2, de préférence entre (0,06L)2 et (0, 20L)2. Par section transverse, on entend la section de l'espace de distribution et de combustion perpendiculaire au sens de l'écoulement principal.
II est également préférable que le milieu poreux soit constitué de particules et que la dimension dp des particules soit choisi de manière à ce que: 0,005(L/(Se)112)-0,48(Sc)v2< dp < 0,48(L/(Se)112)-o,48(Sc)1i2 avantageusement entre: 0,10(L/(Se)112)- '48(Sc)112< dp < 0,37(L/(Se)1/2)-0,48(Sp)II2 Par dimension dp des particules, qui peuvent être de toute forme (mais de préférence sphéroïdale), on entend le diamètre volumique moyen. Selon une variante, on peut aussi utiliser à la place des particules poreuses une mousse poreuse de porosité E avec: 1 I dp = (1 - 0-113, 1 représentant la dimension des pores et 8 étant supérieur ou égal à 60 %.
Les matériaux composants le brûleur peuvent être par exemple la magnésie (MgO), la zircone (ZrO2), l'alumine (AI2O3), le carbure de silicium (SiC) ou encore le titanate d'alumine (AI2O3TiO2). Cependant on peut aussi utiliser d'autres matériaux, pour leurs propriétés réfractaires à très haute température, tels que les oxydes de terres rares. Selon l'invention, les propriétés thermophysiques de la céramique réfractaire utilisée pour le brûleur radiant peuvent être les suivantes: - la paroi émettrice peut présenter un coefficient de dilatation inférieur ou égal à 20.10-6 K-1, de préférence inférieur ou égal à 5.10-6 K-1, - la paroi émettrice peut présenter une conductibilité thermique supérieure ou égale à 1 W/m.K, de préférence supérieure ou égale à 10 W/m. K, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W/m.K, - le milieu poreux peut présenter une conductibilité thermique supérieure ou égale à 1 W/m.K, de préférence supérieure ou égale à 10 W/m.K, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W/m.K, - la température maximale d'utilisation de la céramique réfractaire du milieu poreux peut être supérieure d'au moins 200 C à la température de la paroi émettrice pour un fonctionnement dans les conditions nominales d'exploitation du brûleur, - la température de fusion de la céramique réfractaire du milieu poreux peut être supérieure d'au moins 400 C à la température de la paroi émettrice pour un fonctionnement dans les conditions nominales d'exploitation du brûleur, les moyens d'injection peuvent présenter une conductivité thermique inférieure ou égale à 10 WIm.K, - les moyens d'injection peuvent être en céramique réfractaire.
- les moyens d'injection peuvent être à base de fibres, - la paroi émettrice peut être constituée d'un matériau réfractaire choisi parmi SiC, MOSiO2, AI2O3TiO2 et les matériaux fibreux à base de fibres d'alumine, le milieu poreux peut être constitué d'un matériau choisi parmi SiC, MOSiO2, MgO, - les moyens d'injection peuvent être constitués d'un matériau choisi parmi SiC, MOSiO2.
- la paroi émettrice, le milieu poreux et les moyens d'injection peuvent être constitués d'un même matériau choisi parmi: SiC, MOSiO2, les matériaux fibreux à base de fibres d'alumine et AI2O3TiO2.
L'invention concerne également un procédé de combustion d'un combustible à l'aide d'un gaz oxygéné comprenant au moins 21 % en volume d'oxygène à l'aide d'un brûleur radiant tel que précédemment décrit. L'utilisation d'un comburant riche en oxygène, de préférence pur, permet d'obtenir un bon rendement thermique. D'une manière générale, le comburant peut être de l'oxygène pur, de l'air enrichi en oxygène ou un mélange d'oxygène, d'eau et de dioxyde de carbone préchauffé.
La figure 1 illustre un brûleur selon l'invention. L'espace de distribution et de combustion 1 est alimenté par: - des moyens d'injection 2 d'un premier réactif créant un écoulement principal, alimentant l'espace de combustion 1, par exemple en oxygène, - et des moyens d'injection 3 du deuxième réactif complémentaire à celui formant l'écoulement principal, par exemple du méthane.
Les gaz de combustion 7 sont éliminés de l'espace de combustion. La chaleur dégagée par la combustion dans l'espace 1 est transmise au milieu poreux 4 puis à la paroi émettrice 5 de manière à chauffer à la charge 6.
Selon la figure 1, il s'agit d'un brûleur radiant cylindrique 1 où l'écoulement principal et la flamme se développent dans l'espace de combustion 2 dans la direction de l'axe AA' du brûleur. La porosité du milieu poreux 3 est variable le long du brûleur. car celui-ci comporte un matériau poreux 4 en céramique réfractaire, et des moyens 6 pour injection les gaz (l'oxygène, par exemple) de façon étagée en trois points B, C, D. Le taux de combustion est contrôlé par la géométrie du brûleur, la distance entre les points d'injection d'oxygène, et la porosité variable du milieu poreux constituant la chambre de combustion.
Les réactifs peuvent si nécessaire être partiellement pré-mélangés afin de mieux contrôler le taux de dégagement de chaleur en s'affranchissant en partie du mélange des réactifs. Dans ce cas, le prémélange est de préférence réalisé de manière à garantir une stoechiométrie en dehors des limites d'inflammabilité afin d'éviter la formation de suies ou des points froids lors de l'injection du combustible dans la chambre.
Par mise en oeuvre d'un brûleur tel que précédemment décrit, une répartition séquentielle d'au moins un des réactifs (gaz oxygéné et/ou combustible) le long du brûleur radiant est obtenue, on assure ainsi une libération prolongée des produits de combustion à haute température et on contrôle conjointement le mélange des réactifs et la diffusion de la chaleur libérée par la combustion vers la paroi émettrice. Selon l'invention, le choix d'un milieu poreux en céramique réfractaire et le nombre de points d'injection d'au moins un des réactifs permettent de limiter la température maximale à l'intérieur du brûleur, ainsi que les gradients de température (homogénéisation des températures). Les températures dans le brûleur et sur la paroi émettrice, ainsi que le profil de température de la paroi émettrice, sont en outre homogénéisés. On minimise donc les extrema et les écarts de température sur la paroi émettrice et entre celle-ci et l'espace de combustion. Le brûleur selon l'invention permet une utilisation industrielle du brûleur à une température supérieure à 1400 C.
L'invention s'applique notamment aux brûleurs radiants pour des fours de fusion du verre, ainsi que dans les domaines de la vitrification, des céramiques et des matériaux ferreux et non-ferreux. Un tel brûleur donne une grande souplesse pour le contrôle du procédé verrier. Par exemple, un verrier peut maîtriser l'atmosphère du four pour l'adapter à son verre en s'affranchissant des contraintes liées à l'interaction d'une atmosphère de combustion réductrice ou oxydante avec le bain de verre.
Dans le cas de la seconde fusion du plomb et de l'aluminium où il est important de ne pas produire d'oxyde de plomb (toxique) ou d'alumine (défaut de qualité), le brûleur radiant selon l'invention permet également un meilleur contrôle du procédé en autorisant des atmosphères réductrices synthétiques maîtrisées (par exemple par des mélanges azote/hydrogène).
Elle trouve aussi application dans le domaine du traitement thermique, par exemple sur les lignes de recuit, en sidérurgie, où le chauffage peut être réalisé à l'aide du brûleur selon l'invention.
Elle s'applique enfin aux techniques de combustion pour le chauffage, la fusion, le traitement thermique, l'incinération de produits dans des procédés industriels qui nécessitent un contrôle de l'atmosphère du procédé à des fins d'augmentation de la qualité du produit élaboré, du rendement du procédé, de réduction des émissions de polluants, de récupération ou de recyclage de sous-produits du procédé.
Claims (18)
1. Brûleur radiant pour la combustion d'un gaz oxygéné et d'un combustible, comportant: - un espace (1) de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible, - des moyens d'injection (2, 3) du gaz oxygéné et du combustible dans l'espace de distribution et de combustion, l'un des moyens d'injection (2) créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion, - un milieu poreux (4) en céramique réfractaire au moins partiellement au contact de l'espace (1) de distribution et de combustion, - une paroi émettrice (5) étanche aux gaz en céramique réfractaire entourant le milieu poreux (4), caractérisé en ce que le nombre de moyens d'injection (3) autres que celui (2) créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion est compris entre 0,64(U(Se)1/2) 0,50 et 16,1(L/(Se)1/2) '52, L représentant la longueur de l'espace (1) de distribution et de combustion dans la direction de l'écoulement principal et Se représentant la surface de la paroi émettrice (5).
2. Brûleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de points d'injection (3) autres que celui créant un écoulement principal dans l'espace de distribution et de combustion est compris entre 3, 36(U(Se)'12) '50 et 12,3(L/(Se)112)0,52
3. Brûleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'injection (3) autres que celui (2) créant un écoulement principal dans l'espace (1) de distribution et de combustion sont répartis de manière uniforme le long de l'écoulement principal.
4. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section transverse de l'espace (1) de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible Sp est comprise entre (0,01 L) 2 et (0,34L)2.
5. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la section transverse de l'espace (1) de distribution et de combustion du gaz oxygéné et du combustible S, est comprise entre (0,06L)2 et (0,20L)2.
6. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu 35 poreux (4) est constitué de particules et en ce que la dimension dp des particules est choisie de manière à ce que: 0,005(L/(Se)112)-0,48(Sc)112< dp < 0,48( U(Se)1/2)-0,48(Sc)1/2
7. Brûleur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la dimension dp des particules est choisi de manière à ce que: 0,10(L/(Se)1'2)- '48(Sc)112< dp < 0 37(L/(Se)112)- '48(Sc)v2
8. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi émettrice (5) présente un coefficient de dilatation inférieur ou égal à 20.10-6 K -1, de préférence inférieur ou égal à 5.10- 6 K-1.
9. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi émettrice (5) présente une conductibilité thermique supérieure ou égale à 1 W/m.K, de préférence supérieure ou égale à 10 W/m. K, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W/m.K.
10. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu poreux (4) présente une conductibilité thermique supérieure ou égale à 1 WIm.K, de préférence supérieure ou égale à 10 W/m.K, encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 100 W/m.K.
11. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température maximale d'utilisation de la céramique réfractaire du milieu poreux (4) est supérieure d'au moins 200 C à la température de la paroi émettrice (5) pour un fonctionnement dans les conditions nominales d'exploitation du brûleur.
12. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de fusion de la céramique réfractaire du milieu poreux (4) est supérieure d'au moins 400 C à la température de la paroi émettrice (5) pour un fonctionnement dans les conditions nominales d'exploitation du brûleur.
13. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection (2, 3) présentent une conductivité thermique inférieure ou égale à 10 W/m.K,
14. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection (2, 3) sont en céramique réfractaire.
15. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi émettrice (5) est constituée d'un matériau réfractaire choisi parmi SiC, MOSiO2, AI2O3TiO2 et les matériaux fibreux à base de fibres d'alumine.
16. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu poreux (4) est constitué d'un matériau choisi parmi SiC, MOSiO2, MgO.
17. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection (2, 3) sont constitués d'un matériau choisi parmi SiC, MOSiO2.
18. Brûleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi émettrice (5) , le milieu poreux (4) et les moyens d'injection (2, 3) sont constitués d'un même matériau choisi parmi: SiC, MOSiO2, les matériaux fibreux à base de fibres d'alumine et AI2O3TiO2.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0450052A FR2865022B1 (fr) | 2004-01-09 | 2004-01-09 | Bruleur radiant a haute temperature |
| PCT/FR2004/050704 WO2005075889A1 (fr) | 2004-01-09 | 2004-12-16 | Bruleur radiant a haute temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0450052A FR2865022B1 (fr) | 2004-01-09 | 2004-01-09 | Bruleur radiant a haute temperature |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2865022A1 true FR2865022A1 (fr) | 2005-07-15 |
| FR2865022B1 FR2865022B1 (fr) | 2006-02-17 |
Family
ID=34685045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0450052A Expired - Fee Related FR2865022B1 (fr) | 2004-01-09 | 2004-01-09 | Bruleur radiant a haute temperature |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2865022B1 (fr) |
| WO (1) | WO2005075889A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109237479A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-18 | 东北大学 | 周期换向的多孔介质燃烧式辐射管 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6086318A (ja) * | 1983-10-14 | 1985-05-15 | Osaka Gas Co Ltd | 輻射型加熱装置 |
| US5046944A (en) * | 1979-11-16 | 1991-09-10 | Smith Thomas M | Infra-red generation |
| EP0875718A1 (fr) * | 1997-05-03 | 1998-11-04 | Robert Bosch Gmbh | Brûleur à gaz |
-
2004
- 2004-01-09 FR FR0450052A patent/FR2865022B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2004-12-16 WO PCT/FR2004/050704 patent/WO2005075889A1/fr active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5046944A (en) * | 1979-11-16 | 1991-09-10 | Smith Thomas M | Infra-red generation |
| JPS6086318A (ja) * | 1983-10-14 | 1985-05-15 | Osaka Gas Co Ltd | 輻射型加熱装置 |
| EP0875718A1 (fr) * | 1997-05-03 | 1998-11-04 | Robert Bosch Gmbh | Brûleur à gaz |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 0092, no. 29 (M - 413) 14 September 1985 (1985-09-14) * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109237479A (zh) * | 2018-09-21 | 2019-01-18 | 东北大学 | 周期换向的多孔介质燃烧式辐射管 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2865022B1 (fr) | 2006-02-17 |
| WO2005075889A1 (fr) | 2005-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2726070A1 (fr) | Appareil de chauffage de fluide a bruleur de surface et a matrice poreuse | |
| EP1379810A1 (fr) | Procede de combustion comportant des injections separees de combustible et d'oxydant et ensemble bruleur pour la mise en oeuvre de ce procede | |
| CA2575390A1 (fr) | Procede et dispositif de traitement de dechets fibreux en vue de leur recyclage | |
| EP0666104A1 (fr) | Dispositif pour la mise en oeuvre de réactions chimiques nécessitant au moins au démarrage un apport de calories | |
| EP0272986B1 (fr) | Procédé et dispositif opérant par voie de flamme pour la fabrication de gaz de synthèse | |
| EP0805123B1 (fr) | Procédé et dispositif pour la fusion du verre | |
| EP0481835B1 (fr) | Procédé de chauffe d'une enceinte thermique et brûleur | |
| EP0965792A1 (fr) | Brûleur à injecteur perfectionné et procédé de fabrication de cet injecteur | |
| EP1344000B1 (fr) | Dispositif de combustion catalytique avec vaporisation de combustible liquide sur parois chaudes | |
| FR2865022A1 (fr) | Bruleur radiant a haute temperature | |
| US10488039B2 (en) | Method for surface stabilized combustion (SSC) of gaseous fuel/oxidant mixtures and a burner design thereof | |
| FR3015636A1 (fr) | Combustion avec recuperation de chaleur amelioree | |
| FR3030689A1 (fr) | Oxy-bruleur pour gaz combustible a bas pouvoir calorifique et son utilisation | |
| EP2694884B1 (fr) | Système solaire permettant de reproduire l'effet d'une flamme de combustion | |
| EP0457643B1 (fr) | Procédé de conversion thermique du méthane et réacteur pour la mise en oeuvre du procédé | |
| EP3715717B1 (fr) | Procédé de combustion et brûleur pour sa mise en oeuvre | |
| EP2956416B1 (fr) | Installation avec un four ayant un échangeur externe récupératif de chaleur, et procédé de combustion au moyen d'une telle installation | |
| EP0082073A1 (fr) | Procédé et dispositif de frittage de parois réfractaires | |
| EP0130913B1 (fr) | Réacteur haute température associé à une zone de plasmagenèse, en particulier brûleur mixte électricité-combustible | |
| EP0922668B1 (fr) | Dispositif pour la fabrication de bromure d'hydrogène | |
| WO2020126401A1 (fr) | Ensemble et procédé pour l'injection d'un agent de combustion gazeux | |
| EP0854323A1 (fr) | Chambre de combustion d'air chargé de particules combustibles | |
| FR2944336A1 (fr) | Bruleur en regime de premelange et son utilisation | |
| FR2745063A1 (fr) | Bruleur radiant pour la combustion a l'oxygene | |
| Hery et al. | Induction plasma torch. Recent developments, application to fusion of glass and refractory materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20140930 |