EP0383699A1 - Thermal reactor, particularly for a boiler and for a fuel-fired generator - Google Patents
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- F23M9/00—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields
- F23M9/06—Baffles or deflectors for air or combustion products; Flame shields in fire-boxes
Definitions
- Reactors are already known comprising a tubular enclosure delimited between a tubular cylindrical jacket, a rear inlet wall with central opening and a front cup with outlet opening facing a deflector.
- the enclosure is divided by an intermediate wall, with peripheral light for the passage of gases, into a combustion chamber and an outlet chamber.
- the intermediate wall forming an obstacle for the combustion gases, creates turbulence promoting the mixing of the combustion elements and allowing complete combustion.
- the object of the present invention is to remedy this by providing a reactor making it possible to obtain complete combustion, without emission of polluting agent, and providing, in addition, a reduction in yield losses and consequently a saving in fuel.
- the means for turbulence the gases of the enclosure are constituted by a cylindrical ring of deflection of the gases, arranged between the cup of the enclosure and the deflector, coaxially with the enclosure, at a distance from the deflector , and so that its cylindrical wall is in the path of the gases returned by this deflector and generates a return depression of the gases from the hearth.
- This ring performs three functions. The first is to brake the gas exit speed at the exit of the reactor to form in the enclosure a compression zone creating turbulence in this enclosure. Its second function is to deflect the gases coming from the deflector so that they take a path substantially parallel to the generators of the jacket of the enclosure and come against the hearth plate thereby ensuring a more uniform distribution of calories on the exchange surfaces. Finally, its last function is, by creating a vacuum, to suck up the gases circulating in the hearth but which have not yet given up all their calories to return them towards the exchange surfaces thereby improving the efficiency of the installation.
- the device according to the invention not only makes it possible to remove unburnt gases, but also to improve thermal efficiency and, with equal calorific power, to reduce fuel consumption.
- 1 generally designates the hearth delimited by heat exchange surfaces 2, 3 and 4 and by a hearth plate 5, and 6 designates the combustion chamber.
- it is composed of a cylindrical tubular jacket 7, a rear wall 8 of refractory material having a central opening 9 for the passage of the nose 10 of the burner and finally an anterior cup 12 of frustoconical shape comprising a gas outlet orifice 13.
- a deflector 14 In front of the cup, is disposed a deflector 14 of the same conicity and same outside diameter as the cup 12 and having a diametrical face 14a.
- the means generating turbulence in the combustion chamber 6 are constituted by a cylindrical ring 15 disposed coaxially with the jacket 7 of the reactor between the cup 12 and the deflector 14. More precisely, this ring 15 is arranged near but at a distance from the deflector 14 and so that its wall is in the path of the gases as represented by the dashed line X.
- This ring which has an internal diameter D greater than the external diameter d of the jacket 7, is carried by longitudinal lugs 16 also carrying the deflector 14.
- These lugs are fixed to the cup 12 by an elastic connection constituted in this embodiment, by slots 17 covering inclined lugs 18 projecting perpendicularly from the cup 12. This arrangement makes it possible to keep the relative provision of elements, whatever the expansions and therefore whatever the temperatures prevailing in the hearth 1.
- the jacket 7 is fixed to a wall 19 juxtaposed with the hearth plate 5 by threaded rods 20 integral with this jacket and passing through the hearth plate and the wall 19 to receive suitable nuts.
- the hot gases leaving the orifice 13 of the enclosure 6 are returned by the deflector 14 in the direction of the ring 15.
- the latter being in the path of these gases, exerts braking on them which tends to generate in the enclosure 6 a compression zone shown diagrammatically at 21 in FIG. 1.
- This zone alone generates inside the enclosure the turbulences which are necessary to ensure the mixing of the unburnt substances with the gases hot and thus obtain the desired complete combustion.
- the ring 15 also constitutes a deflector and returns the hot gases leaving the reactor in the direction of the hearth plate 5 by making them travel a path parallel to the jacket 7 but also parallel to other exchange surfaces.
- This circulation is favorable to heat exchange and makes it possible to obtain a more uniform distribution of calories on the exchange surfaces while avoiding any condensation on these surfaces.
- the depression created in the anterior zone 24 of the ring 15, ensures the return of the gases circulating in the hearth, gases which, as shown in arrow 23, mix with the hot gases to return to the exchange circuit before escaping through the flue 25.
- This last aspect is particularly important since it alone makes it possible to reduce the yield losses due to the too rapid escape of hot gases, in a proportion of the order of 30 to 35%.
- a piece 27 of ceramic fibers against the bottom 14a of the deflector is fixed a piece 27 of ceramic fibers, the retention of which is ensured by tabs 28.
- the thickness of this piece is of the order of 12 mm. If the liquid fuel is badly sprayed on the nozzle, the turbulence may not be sufficient to allow good mixing with the air.
- the part 27 then ensures complete combustion of the unburnt materials by contact of these with the fibers of the surface of the part 27, which become incandescent, as soon as they are turned on burner.
- the ring 15 must have a length of 20 mm, an internal diameter D greater than the external diameter d of the jacket 7, and of the order of 30 mm, and be axially offset from the rear face of the deflector by a value of the order of 5 mm.
- a compensation output is provided in the deflector 14 by an opening 26 made axially in the wall 14a of the latter.
- the reactor according to the invention not only makes it possible to obtain perfect combustion of the gases without emitting pollutants, but also makes it possible to reduce the consumption of fuel, to eliminate the condensations on the surfaces. exchange and therefore increase the longevity of the fireplace.
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Abstract
Description
Pour améliorer et contrôler la combustion d'un mélange combustible dans l'air, réduire et voire même supprimer des dépôts carbonés s'effectuant sur certaines parties d'un brûleur, il est connu de faire débiter le brûleur dans un réacteur.To improve and control the combustion of a combustible mixture in air, reduce and even eliminate carbon deposits occurring on certain parts of a burner, it is known to have the burner flowed into a reactor.
On connaît déjà des réacteurs comprenant une enceinte tubulaire délimitée entre une chemise cylindrique tubulaire, une paroi postérieure d'entrée avec ouverture centrale et une coupelle antérieure avec ouverture de sortie faisant face à un déflecteur.Reactors are already known comprising a tubular enclosure delimited between a tubular cylindrical jacket, a rear inlet wall with central opening and a front cup with outlet opening facing a deflector.
Dans de tels réacteurs, l'enceinte est divisée par une paroi intermédiaire, avec lumière périphérique de passage des gaz, en une chambre de combustion et une chambre de sortie. La paroi intermédiaire, en formant obstacle pour les gaz de combustion, crée des turbulences favorisant le mélange des éléments de combustion et permettant une combustion complète.In such reactors, the enclosure is divided by an intermediate wall, with peripheral light for the passage of gases, into a combustion chamber and an outlet chamber. The intermediate wall, forming an obstacle for the combustion gases, creates turbulence promoting the mixing of the combustion elements and allowing complete combustion.
L'usage montre que dans certaines conditions de fonctionnement, de tels réacteurs conduisent à une augmentation importante de la température de la flamme, pouvant atteindre plus de 1300° C à coeur, c'est à dire atteindre une température à partir de laquelle la combustion provoque une émission d'oxyde d'azote, polluant dangereux de l'atmosphère.Usage shows that under certain operating conditions, such reactors lead to a significant increase in the flame temperature, which can reach more than 1300 ° C. at core, that is to say reach a temperature from which combustion causes an emission of nitrogen oxide, a dangerous pollutant from the atmosphere.
La présente invention a pour but de remédier à cela en fournissant un réacteur permettant d'obtenir une combustion complète, sans émission d'agent polluant, et procurant, en plus, une réduction des pertes de rendement et en conséquence une économie de combustible.The object of the present invention is to remedy this by providing a reactor making it possible to obtain complete combustion, without emission of polluting agent, and providing, in addition, a reduction in yield losses and consequently a saving in fuel.
Dans ce réacteur, les moyens pour mettre en turbulence les gaz de l'enceinte, sont constitués par un anneau cylindrique de déviation des gaz, disposé entre la coupelle de l'enceinte et le déflecteur, coaxialement à l'enceinte, à distance du déflecteur, et de manière que sa paroi cylindrique soit dans la trajectoire des gaz renvoyés par ce déflecteur et génère une dépression de rappel des gaz du foyer.In this reactor, the means for turbulence the gases of the enclosure, are constituted by a cylindrical ring of deflection of the gases, arranged between the cup of the enclosure and the deflector, coaxially with the enclosure, at a distance from the deflector , and so that its cylindrical wall is in the path of the gases returned by this deflector and generates a return depression of the gases from the hearth.
Cet anneau assure trois fonctions. La première est de freiner la vitesse de sortie des gaz à la sortie du réacteur pour former dans l'enceinte une zone de compression créant une turbulence dans cette enceinte. Sa deuxième fonction est de dévier les gaz venant du déflecteur afin qu'ils prennent une trajectoire sensiblement parallèle aux génératrices de la chemise de l'enceinte et viennent contre la plaque foyère en assurant ainsi une répartition des calories plus uniforme sur les surfaces d'échange. Enfin, sa dernière fonction est, par la création d'une dépression, d'aspirer les gaz circulant dans le foyer mais n'ayant pas encore cédé toutes leurs calories pour les renvoyer en direction des surfaces d'échange en améliorant ainsi le rendement de l'installation.This ring performs three functions. The first is to brake the gas exit speed at the exit of the reactor to form in the enclosure a compression zone creating turbulence in this enclosure. Its second function is to deflect the gases coming from the deflector so that they take a path substantially parallel to the generators of the jacket of the enclosure and come against the hearth plate thereby ensuring a more uniform distribution of calories on the exchange surfaces. Finally, its last function is, by creating a vacuum, to suck up the gases circulating in the hearth but which have not yet given up all their calories to return them towards the exchange surfaces thereby improving the efficiency of the installation.
Il ressort de ce qui précède que le dispositif, selon l'invention, permet non seulement de supprimer les imbrûlés dans les gaz, mais aussi d'améliorer le rendement thermique et, à puissance calorifique égale, de réduire la consommation de combustible.It emerges from the above that the device according to the invention not only makes it possible to remove unburnt gases, but also to improve thermal efficiency and, with equal calorific power, to reduce fuel consumption.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexe représentant à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce réacteur thermique dans le cas de son application à un foyer pour brûleur à fuel.
- Figure 1 est une vue en coupe transversale du foyer d'une chaudière à fuel,
- Figure 2 est une vue de face en bout du réacteur.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of the hearth of an oil-fired boiler,
- Figure 2 is a front end view of the reactor.
Dans ces dessins, 1 désigne de façon générale le foyer délimité par des surfaces d'échange thermique 2, 3 et 4 et par une plaque foyère 5, et 6 désigne l'enceinte de combustion. De façon connue, celle-ci est composée d'une chemise tubulaire cylindrique 7, d'une paroi postérieure 8 en matériau réfractaire comportant une ouverture centrale 9 pour le passage du nez 10 du brûleur et enfin une coupelle antérieure 12 de forme tronconique comportant un orifice de sortie des gaz 13. En face de la coupelle, est disposé un déflecteur 14 de même conicité et même diamètre extérieur que la coupelle 12 et comportant une face diamétrale 14a.In these drawings, 1 generally designates the hearth delimited by
Selon l'invention, les moyens générant les turbulences dans l'enceinte de combustion 6 sont constitués par un anneau cylindrique 15 disposé coaxialement à la chemise 7 du réacteur entre la coupelle 12 et le déflecteur 14. Plus précisément, cet anneau 15 est disposé à proximité mais à distance du déflecteur 14 et de manière que sa paroi soit dans la trajectoire des gaz comme représenté par le trait mixte X. Cet anneau, qui a un diamètre intérieur D supérieur au diamètre extérieur d de la chemise 7, est porté par des pattes longitudinales 16 portant également le déflecteur 14. Ces pattes sont fixées sur la coupelle 12 par une liaison élastique constituée dans cette forme d'exécution, par des lumières 17 coiffant des pattes inclinées 18 saillant perpendiculairement de la coupelle 12. Cet agencement permet de conserver la disposition relative des éléments, quelles que soient les dilatations et donc quelles que soient les températures régnant dans le foyer 1.According to the invention, the means generating turbulence in the combustion chamber 6 are constituted by a
De façon connue, la chemise 7 est fixée à une paroi 19 juxtaposée à la plaque foyère 5 par des tiges filetées 20 solidaires de cette chemise et traversant la plaque foyère et la paroi 19 pour recevoir des écrous appropriés.In known manner, the jacket 7 is fixed to a
En fonctionnement, les gaz chauds sortant de l'orifice 13 de l'enceinte 6 sont renvoyés par le déflecteur 14 en direction de l'anneau 15. Celui-ci, étant dans la trajectoire de ces gaz, exerce sur ceux-ci un freinage qui tend à engendrer dans l'enceinte 6 une zone de compression schématisée en 21 à la figure 1. Cette zone génère à elle-seule à l'intérieur de l'enceinte les turbulences qui sont nécessaires pour assurer le mélange des imbrûlés avec les gaz chauds et obtenir ainsi la combustion complète recherchée.In operation, the hot gases leaving the orifice 13 of the enclosure 6 are returned by the deflector 14 in the direction of the
Comme le montrent les flèches 22 à la figure 1, par sa partie postérieure, l'anneau 15 constitue également déflecteur et renvoie les gaz chauds sortant du réacteur en direction de la plaque foyère 5 en leur faisant parcourir une trajectoire parallèle à la chemise 7 mais aussi parallèle aux autres surfaces d'échange. Cette circulation est favorable à l'échange thermique et permet d'obtenir une répartition plus uniforme des calories sur les surfaces d'échange tout en évitant toute condensation sur ces surfaces.As shown by the
Enfin, la dépression créée dans la zone antérieure 24 de l'anneau 15, assure le rappel des gaz circulant dans le foyer, gaz qui, comme le montre la flèche 23, se mélangent avec les gaz chauds pour revenir dans le circuit d'échange avant de s'échapper par le conduit de fumée 25.Finally, the depression created in the
Ce dernier aspect est particulièrement important puisqu'il permet à lui seul de réduire les pertes de rendement dues à l'échappement trop rapide des gaz chauds, dans une proportion de l'ordre de 30 à 35 %.This last aspect is particularly important since it alone makes it possible to reduce the yield losses due to the too rapid escape of hot gases, in a proportion of the order of 30 to 35%.
Contre le fond 14a du déflecteur est fixée une pièce 27 en fibres de céramique, dont le maintien est assuré par des pattes 28. L'épaisseur de cette pièce est de l'ordre de 12 mm. En cas de mauvaise pulvérisation du combustible liquide au gicleur, les turbulences peuvent ne pas suffire pour permettre un bon mélange avec l'air. La pièce 27 assure alors une combustion complète des imbrûlés par contact de ceux-ci avec les fibres de la surface de la pièce 27, qui deviennent incandescentes, dès mise en fonction nement du brûleur.Against the bottom 14a of the deflector is fixed a
Il ressort de ce qui précède que ce dispositif beaucoup plus simple et moins onéreux que les réacteurs traditionnels, procure un plus grand nombre d'avantages que ces derniers et améliore considérablement le fonctionnement de la chaudière.It appears from the above that this device, which is much simpler and less expensive than traditional reactors, provides a greater number of advantages than the latter and considerably improves the operation of the boiler.
La plupart des dimensions du réacteur dépendent de la puissance calorifique du brûleur, en général appréciée par référence à une consommation de fuel exprimée en kilogramme par heure. Il en est ainsi du volume de l'enceinte 6 qui doit avoir une valeur égale à 3,5 dm3 par kilo par heure de fuel, de la section de sortie de l'orifice 13 qui est de l'ordre de 0,2 dm2 par kilo par heure de fuel, et de la distance G entre l'extrémité de la coupelle et le fond du déflecteur dont la valeur est de l'ordre de 0,75 fois le diamètre de l'orifice de sortie 13.Most of the dimensions of the reactor depend on the calorific power of the burner, generally appreciated by reference to a fuel consumption expressed in kilograms per hour. This is the case for the volume of the enclosure 6 which must have a value equal to 3.5 dm3 per kilo per hour of fuel, of the outlet section of the orifice 13 which is of the order of 0.2 dm2 per kilo per hour of fuel, and of the distance G between the end of the cup and the bottom of the deflector, the value of which is of the order of 0.75 times the diameter of the outlet orifice 13.
Quelles que soient les dimensions du réacteur, les essais ont montré que l'anneau l5 devant avoir une longueur de 20 mm, un diamètre intérieur D supérieur au diamètre extérieur d de la chemise 7, et de l'ordre de 30 mm, et être décalé axialement de la face postérieure du déflecteur d'une valeur de l'ordre de 5 mm.Whatever the dimensions of the reactor, tests have shown that the
Pour éviter que dans certaines applications, notamment avec des brûleurs de grande puissance, l'anneau 15 assure un freinage trop important des gaz en raison des impératifs de construction et de position des différents éléments, une sortie de compensation est ménagée dans le déflecteur 14 par une ouverture 26 réalisée axialement dans la paroi 14a de ce dernier.To avoid that in certain applications, in particular with high-power burners, the
Il ressort de ce qui précède que le réacteur, selon l'invention, permet non seulement d'obtenir une combustion parfaite des gaz sans émission d'agents polluants, mais aussi permet de réduire la consommation de combustible, de supprimer les condensations sur les surfaces d'échange et donc d'augmenter la longévité du foyer.It appears from the above that the reactor according to the invention not only makes it possible to obtain perfect combustion of the gases without emitting pollutants, but also makes it possible to reduce the consumption of fuel, to eliminate the condensations on the surfaces. exchange and therefore increase the longevity of the fireplace.
Claims (7)
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| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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