FR3118135A1 - Brûleur avec dispositif d’éjection de fluide amovible - Google Patents
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Abstract
Brûleur avec dispositif d’éjection de fluide amovible
.
Brûleur (1) comprenant une enveloppe extérieure définissant un espace (3) intérieur, ladite enveloppe extérieure comporte une extrémité (5) distale destinée à être située du côté d’un foyer (6), le brûleur (1) comprenant un dispositif (4) d’éjection d’un fluide amovible agencé à l’extrémité (5) distale.
Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un brûleur industriel. En particulier, l’invention concerne un brûleur industriel équipé d’un dispositif d’éjection de fluide, notamment de l’air, amovible. De façon plus précise, l’invention concerne un brûleur industriel équipé d’un dispositif d’éjection amovible, ce brûleur étant apte à évoluer dans un environnement dont la température est supérieure ou égale à 1000°C.
Arrière-plan technique
Les brûleurs sont utilisés dans de nombreuses industries. Ils sont un élément névralgique dans de nombreuses installations industrielles.
Un bruleur comporte un dispositif d’éjection de fluides agencé à son extrémité. Ce dispositif d’éjection de fluide permet l’éjection d’au moins un comburant et d’au moins un combustible sur un foyer, qui est le siège de la réaction de combustion.
Les vitesses d’éjection des fluides à la sortie du dispositif d’éjection est un paramètre important des brûleurs. Lorsqu’il est fait l’acquisition d’un brûleur, ce dernier est conçu, de sorte que les vitesses d’éjection des fluides à l’extrémité, répondent aux besoins de l’utilisateur. Les brûleurs industriels capables d’évoluer dans des environnements à haute température sont pourvus d’une enveloppe extérieure conçue à cet effet. A titre d’exemple, lorsque l’enveloppe extérieure est un béton, elle est coulée autour du dispositif d’éjection, rendant ce dernier solidaire de l’enveloppe extérieure et non amovible.
Un inconvénient de ces brûleurs ainsi conçus est qu’ils ne sont alors pas ou peu évolutifs. Afin de modifier les paramètres du brûleur, l’utilisateur peut modifier des paramètres de réglage, par exemple le débit ou la pression des fluides. Toutefois, ces modifications de réglages ne permettent que des évolutions modestes, ce qui limite significativement l’adaptabilité aux besoins changeant de l’utilisateur final.
Un autre inconvénient de ces brûleurs est que le dispositif d’éjection de fluide ne peut pas être facilement retiré pour les opérations de maintenance du fait de leur conception. Ainsi, le remplacement de pièces dans le dispositif d’éjection s’avère être une opération particulièrement fastidieuse et onéreuse. En effet, il est nécessaire de détruire une partie du brûleur pour remplacer le dispositif d’éjection.
Un autre inconvénient de ces brûleurs réside dans le fait que la distribution des fluides est parfois hétérogène sur la périphérie du brûleur à l’extrémité distale. En d’autres termes, la vitesse d’éjection des fluides peut être différente sur la périphérie du brûleur, selon le point d’éjection considéré. Ceci a un impact indésirable sur le foyer et sur le process.
L’invention vise à remédier aux inconvénients précités.
A cet effet, il est proposé en premier lieu un brûleur comprenant une enveloppe extérieure définissant un espace intérieur, ladite enveloppe extérieure comporte une extrémité distale destinée à être située du côté d’un foyer, le brûleur comprenant un dispositif d’éjection d’un fluide amovible agencé à l’extrémité distale.
Un tel brûleur muni d’un dispositif d’éjection permet avantageusement une maintenance aisée, puisqu’il n’est pas nécessaire de détruire l’enveloppe extérieure pour retirer le dispositif d’éjection et le remplacer. Un autre avantage d’un tel dispositif d’éjection amovible, est qu’il devient possible de l’adapter aux besoins changeant de l’utilisateur en modifiant les caractéristiques dudit dispositif d’éjection.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison :
- le brûleur comprend un support agencé à l’extrémité distale et fixé à l’enveloppe extérieure, le dispositif d’éjection étant monté amovible dans le support ;
- chaque insert d’éjection est rapporté et monté de manière amovible dans une zone d’accueil de la couronne ;
- chaque insert d’éjection comporte un corps définissant une canalisation d’éjection de fluide, ladite canalisation d’éjection de fluide étant relié de manière fluidique à une source de fluide située dans l’espace intérieur de l’enveloppe extérieure ;
- la couronne est mobile entre une position de verrouillage dans laquelle la couronne est solidaire du support et une position de déverrouillage dans laquelle la couronne peut être séparée du support ;
- brûleur dans lequel :
- le support présente une forme sensiblement annulaire et comporte une face extérieure solidaire de l’enveloppe extérieure et une face intérieure opposée à la face extérieure et destinée à venir en contact avec la couronne, ledit support comportant plusieurs pions de verrouillage faisant saillie de la face intérieure,
- la couronne présente une forme sensiblement annulaire, et comporte un bord extérieur destiné à venir en contact de la face intérieure du support, ladite couronne ayant une pluralité d’encoches de verrouillage se présentant sous la forme de rainures pratiquées dans le bord extérieur,
brûleur dans lequel les pions de verrouillage sont aptes et destinés à être logés dans les encoches de verrouillage de façon à verrouiller la couronne au support ;
- le support présente une forme sensiblement annulaire et comporte une face extérieure solidaire de l’enveloppe extérieure et une face intérieure opposée à la face extérieure et destinée à venir en contact avec la couronne, ledit support comportant plusieurs pions de verrouillage faisant saillie de la face intérieure,
- la couronne présente une forme sensiblement annulaire, et comporte un bord extérieur destiné à venir en contact de la face intérieure du support, ladite couronne ayant une pluralité d’encoches de verrouillage se présentant sous la forme de rainures pratiquées dans le bord extérieur,
brûleur dans lequel les pions de verrouillage sont aptes et destinés à être logés dans les encoches de verrouillage de façon à verrouiller la couronne au support ;
- chaque insert d’éjection comprend une portion d’insertion apte à être insérée dans une zone d’accueil de la couronne, et une portion élargie située à l’extérieure des zones d’accueil de la couronne et venant en butée sur une face proximale de ladite couronne, ladite face proximale étant située du côté de l’espace intérieur ;
- la portion élargie des inserts d’éjection, est située dans l’espace intérieur ;
- la portion élargie est apte à être reliée de manière fluidique à la source de fluide ;
- dans au moins une partie dudit brûleur, ladite partie comprenant l’extrémité distale, est apte à évoluer dans un environnement dont la température est supérieure ou égale à 1000 °C ;
- l’enveloppe extérieure est faite d’un matériau comprenant du béton réfractaire.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
Description détaillée de l'invention
Sur la est représenté un brûleur 1 selon l’invention. Le brûleur 1 comprend une enveloppe 2 extérieure. L’enveloppe 2 extérieure définit un espace 3 intérieur. Le brûleur 1 comprend un dispositif 4 d’éjection de fluide. Le dispositif 4 d’éjection de fluide est agencé à une extrémité 5 distale de l’enveloppe 2 extérieure. De façon plus concise, le dispositif 4 d’éjection est agencé dans l’espace 3 intérieur. L’extrémité 5 distale est située du côté d’un foyer 6, qui est le siège d’une combustion entre un comburant et un combustible. Le dispositif 4 d’éjection de fluide est amovible, c’est-à-dire que le dispositif 4 d’éjection peut être, d’une part retiré de l’enveloppe 2 extérieure et d’autre part repositionné dans ladite enveloppe 2 extérieure.
Un tel brûleur 1 muni d’un dispositif 4 d’éjection permet avantageusement une maintenance aisée, puisqu’il n’est pas nécessaire de détruire l’enveloppe 2 extérieure pour retirer le dispositif 4 d’éjection et le remplacer. Un autre avantage d’un tel dispositif 4 d’éjection amovible, est qu’il devient possible de l’adapter aux besoins changeant de l’utilisateur en modifiant les caractéristiques dudit dispositif 4 d’éjection.
Avantageusement, le brûleur 1 comporte un support 7. Le support 7 est agencé à l’extrémité 5 distale. Le support 7 est fixé à l’enveloppe 2 extérieure. Le dispositif 4 d’éjection est rapporté et montée amovible dans le support 7.
Un tel montage permet de faciliter les opérations de pose et de dépose du dispositif 4 d’éjection.
Avantageusement, le dispositif 4 d’éjection comprend une couronne 8. La couronne 8 comporte plusieurs zones 9 d’accueil. Les zones 9 d’accueil se présentent sous la forme d’orifices traversant la couronne 8 de part et d’autre.
Avantageusement le dispositif 4 d’éjection comprend plusieurs inserts 10 d’éjection de fluide. Les inserts 10 d’éjection sont aptes à loger dans les zones 9 d’accueil.
Chaque insert 10 d’éjection de fluide comprend un corps 11 définissant une canalisation 12 d’éjection de fluide. La canalisation 12 d’éjection de fluide est reliée de manière fluidique à une source 23 de fluide située dans l’espace 3 intérieur de l’enveloppe 2 extérieure. La source 23 de fluide est par exemple une canalisation 23 transportant un fluide ou encore un distributeur de fluide commun à toutes les canalisation 12 d’éjection, sous la forme d’un espace annulaire.
Dans le mode de réalisation représenté sur les dessins, la source 23 de fluide distribue de l’air. Toutefois, l’invention s’applique à tout fluide.
En reliant des inserts 10 d’éjection de fluide à la source 23 de fluide, plutôt que directement à des passages pratiqués dans la couronne 8, les opérations de maintenance sont facilitées.
Avantageusement chaque insert 10 d’éjection est monté de manière amovible dans une zone 9 d’accueil de la couronne 8.
Cette architecture, comportant des inserts 10 d’éjection de fluide distincts de la couronne 8 et amovible, permet avantageusement de faciliter les opérations de maintenance. Un autre avantage est que des inserts 10 d’éjection différents peuvent être utilisés en substitution, afin d’augmenter ou réduire la vitesse, la pression ou modifier l’angle du fluide qui traverse l’insert 10 d’éjection. De plus, il est possible que la canalisation 12 d’éjection présente en section diverses formes, par exemple une forme de trèfle, triangle ou encore carrée.
Avantageusement, la couronne 8 est mobile entre une position de verrouillage dans laquelle la couronne 8 est solidaire du support 7 et une position de déverrouillage dans laquelle la couronne 8 peut être séparée du support 7.
Ceci permet de faciliter les opérations de retrait et de montage, un seul opérateur étant suffisant pour retirer la couronne 8 du support 7 et inversement.
Dans le mode de réalisation représenté sur les dessins, le verrouillage est de type « baïonnette ». Une rotation de la couronne 8 dans le sens horaire permet de solidariser ladite couronne 8 au support 7. Une rotation de la couronne 8 dans le sens anti horaire permet de désolidariser ladite couronne 8 du support 7. D’autres modes de verrouillage et déverrouillage peuvent être implémentés.
Avantageusement, le support 7 présente une forme sensiblement annulaire. Le support 7 comprend une pluralité de trous 13 de refroidissement agencés de façon annulaire. Un fluide de refroidissement est injecté dans les trous 13 de refroidissement pour refroidir le support 7. Le support 7 comprend une face 14 extérieure en contact avec l’enveloppe 2 extérieure et une face 15 intérieure opposée à ladite face 14 extérieure. La face 15 intérieure est destinée à venir en contact de la couronne 8. Le support 7 comprend plusieurs pions 16 de verrouillage. Les pions 16 de verrouillage font saillie de la face 15 intérieure. Dans le mode de réalisation représenté sur les dessins, le support 7 comporte quatre pions 16 de verrouillage. Deux pions 16 de verrouillage successifs définissent entre eux un angle d’environ 90°. Cet angle est mesuré en partant du centre du support 7.
Avantageusement, la couronne 8 présente une forme sensiblement annulaire. La couronne 8 comporte un bord 17 extérieur. Ce bord 17 extérieur est destiné à coopérer avec la face 15 intérieure du support 7. La couronne 8 comporte une face 18 proximale située du côté de l’espace 3 intérieur, et une face 19 distale opposée à la face 18 proximale.
Avantageusement, la couronne 8 comporte quatre encoches 20 de verrouillage. Ces encoches 20 de verrouillage se présentent sous la forme de rainures pratiquées dans le bord 17 extérieur. Un type de verrouillage différent peut être envisagé.
Les pions 16 de verrouillage sont aptes et destinés à loger dans les encoches 20 de verrouillage. Les encoches 20 de verrouillage s’ouvrent sur la face 18 proximale de la couronne 8 de sorte à permettre l’entrée des pions 20 de verrouillage dans lesdites encoches 20 de verrouillage.
Un tel système de verrouillage présente l’avantage d’avoir une bonne tenue aux pressions et aux températures élevées, notamment en raison de la dilatation des matériaux. Un autre avantage est qu’il ne nécessite pas l’utilisation d’outils pour le verrouillage et le déverrouillage de la couronne.
Avantageusement, chaque insert 10 d’éjection comprend une portion 21 d’insertion et une portion 22 élargie. La portion 22 élargie est adjacente à la portion 21 d’insertion. La portion 21 d’insertion et la portion 22 élargie présente une forme sensiblement circulaire. La portion 22 élargie présente un diamètre supérieur à la portion 21 d’insertion et aussi un diamètre supérieur au diamètre des zones 9 d’accueil de la couronne 8. Le diamètre de la portion 21 d’insertion est légèrement supérieur au diamètre des zones 9 d’accueil afin que le montage des inserts 10 d’éjection dans lesdites zones 9 d’accueil se fasse de manière serrée, c’est-à-dire en insérant les inserts 10 d’éjection avec force à l’intérieur desdites zones 9 d’accueil. La portion 22 élargie se situe à l’extérieur des zones 9 d’accueil de la couronne 8. La portion 22 élargie vient en butée sur la face 18 proximale de la couronne 8. Ainsi la portion 22 élargie se situe dans l’espace 3 intérieur de l’enveloppe 2 extérieure.
Cette architecture permet d’assurer une bonne tenue mécanique au dispositif 4 d’éjection. En effet, les inserts 10 d’éjection sont positionnés en butée sur la face 18 proximale, ce qui permet d’éviter toute sortie des inserts 10 d’éjection de la couronne 8 sous l’effet de la pression des fluides.
Avantageusement, la portion 22 élargie est apte à être reliée de manière fluidique à la source 23 de fluide.
En reliant les inserts 10 d’éjection à la source 23 de fluide, il devient possible d’améliorer l’adaptabilité du brûleur 1. Le remplacement des inserts 10 d’éjection par d’autres inserts d’éjection, ayant un diamètre extérieure identique mais une canalisation 12 d’éjection de fluide différent, permet d’adapter le brûleur 1 aux besoins changeant de l’utilisateur. En outre, il est tout à fait possible d’installer des inserts d’éjection ayant une canalisation 12 d’éjection différente selon la position dudit insert d’éjection sur la couronne. Ceci permet d’obtenir une vitesse d’éjection de fluide uniforme à la sortie des inserts d’éjection, sur la périphérie de la couronne.
Avantageusement, au moins une partie du brûleur 1 comprenant l’extrémité 5 distale, est apte à évoluer dans un environnement dont la température est supérieure ou égale à 1000°C.
Un tel brûleur 1 peut avantageusement être utilisé dans un four de cimenterie.
L’enveloppe 2 extérieure est avantageusement fabriquée en un béton réfractaire, lequel permet au brûleur 1 d’évoluer dans des environnements où les températures sont élevées typiquement supérieures à 1200°C.
Avantageusement la canalisation 12 d’éjection de fluide présente une section évasée depuis la portion 21 d’insertion vers la portion 22 élargie.
Une telle canalisation 12 d’éjection de fluide permet de réduire les pertes de charge et donc d’améliorer le rendement énergétique du brûleur 1.
Claims (12)
- Brûleur (1) comprenant une enveloppe (2) extérieure définissant un espace (3) intérieur, ladite enveloppe (2) extérieure comporte une extrémité (5) distale destinée à être située du côté d’un foyer (6), le brûleur (1) comprenant un dispositif (4) d’éjection d’un fluide amovible agencé à l’extrémité (5) distale.
- Brûleur (1) selon la revendication 1 dans lequel, celui-ci comprend un support (7) agencé à l’extrémité (5) distale et fixé à l’enveloppe (2) extérieure, le dispositif (4) d’éjection étant monté amovible dans le support (7).
- Brûleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, le dispositif (4) d’éjection comporte une couronne (8) munie de plusieurs zones (9) d’accueil et plusieurs inserts (10) d’éjection de fluide, chaque zone (9) d’accueil étant apte à recevoir un insert (10) d’éjection de fluide.
- Brûleur (1) selon la revendication 3 dans lequel, chaque insert (10) d’éjection est rapporté et monté de manière amovible dans une zone (9) d’accueil de la couronne (8).
- Brûleur (1) selon la revendication 4 dans lequel, chaque insert (10) d’éjection comporte un corps (11) définissant une canalisation (12) d’éjection de fluide, ladite canalisation (12) d’éjection de fluide étant reliée de manière fluidique à une source (23) de fluide située dans l’espace (3) intérieur de l’enveloppe (2) extérieure.
- Brûleur (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5 dans lequel la couronne (8) est mobile entre une position de verrouillage dans laquelle la couronne (8) est solidaire du support (7) et une position de déverrouillage dans laquelle la couronne (8) peut être séparée du support (7).
- Brûleur (1) selon la revendication 6 dans lequel :
- le support (7) présente une forme sensiblement annulaire et comporte une face (14) extérieure solidaire de l’enveloppe (2) extérieure et une face (15) intérieure opposée à la face (14) extérieure et destinée à venir en contact avec la couronne (8), ledit support (7) comportant plusieurs pions (16) de verrouillage faisant saillie de la face (15) intérieure,
- la couronne (8) présente une forme sensiblement annulaire, et comporte un bord (17) extérieur destiné à venir en contact de la face (15) intérieure du support (7), ladite couronne (8) ayant une pluralité d’encoches (20) de verrouillage se présentant sous la forme de rainures pratiquées dans le bord (17) extérieur,
brûleur (1) dans lequel les pions (16) de verrouillage sont aptes et destinés à être logés dans les encoches (20) de verrouillage de façon à verrouiller la couronne (8) au support (7). - Brûleur (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 7 dans lequel, chaque insert (10) d’éjection comprend une portion (21) d’insertion apte à être insérée dans une zone (9) d’accueil de la couronne (8), et une portion (22) élargie située à l’extérieure des zones (9) d’accueil de la couronne (8) et venant en butée sur une face (18) proximale de ladite couronne (8), ladite face (18) proximale étant située du côté de l’espace (3) intérieur.
- Brûleur (1) selon la revendication 8 dans lequel, la portion (22) élargie des inserts (10) d’éjection, est située dans l’espace (3) intérieur.
- Brûleur (1) selon la revendication 9 dans lequel, la portion (22) élargie est apte à être reliée de manière fluidique à la source (23) de fluide.
- Brûleur (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, dans au moins une partie dudit brûleur (1), ladite partie comprenant l’extrémité (5) distale, est apte à évoluer dans un environnement dont la température est supérieure ou égale à 1000 °C.
- Brûleur (1) selon la revendication 11 dans lequel, l’enveloppe (2) extérieure est faite d’un matériau comprenant du béton réfractaire.
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