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~099ile ulvérisé et chambre de combustion com ortant de tel~
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brûleur~
La présente invention concerne un brûleur d'aLlumage et de sou-
tien de combustion pour combu~tible 301ide ~ossile pulvérisé,
comprenant
a) un conduit axial dilntroduction de combuqtible solide pulvéri~é
dans un gaz comburant primaire
b) un ou~reau réfractaire de forme per~ettant le confinement de la
partie initiale de la ~lamme
o) un co~duit d'introduction de gaz comburant tertiaire, concentrique
à l'ouvreau et entourant partlellement ou totalement celui-ci,
allmenté en débit de ga~ comburant suf~i~ant pour as~urer, en
complément de~ débits de gaz comburant primaire et ~acondaire, la
combustion totale du combustible solide,
d) un dispositi~ de détection de la flamme
e) un organe d'allumage disposé dan~ l'ouvreau réfractaire ou dan3 le
conduit axial d'introduction du combustible fossile pulvérisé.
Elle s'étend en outre à une chambre de combustion comportant de
tels brûleurs.
L'équipement de combuqtion pour c~mbu3tibles solides pulvérisés
des chaudières connueR pour centrales thermique-q, ou éYentuellement
~ours~ comprend, outre le~ brûleurs principaux, des brûleur~ d'allu~
mage et de soutien de la combustion dont la ~onctlon eqt d'assurer les
opérations de démarrage à froid et d'asslstance aux basse-q charges de~
brûleurs principaux.
Du ~ait de la fraotion de plu~ en plus impartante de la
fourniture d'électricité a~surée par le3 centrale~ nucléaires, leq
centrales à combu tible ~oqsile pulvérisé sont de plus en plu5 amenée5
à ~onctionner à titre d'appoint lorq des pointes de consommation. Ceci
entra me des démarrages ~réquent3 et des ~onctionnement~ prolongés à
bas~e charge~ Le~ brûleurs d'allumage et de ~outien utilisant
habituellement comme combustible du fuel oil lourd ou du gaz, plus
coûteux qu'un combuqtible fossile pulvérisé? un tel mode
d'exploitation majore sensiblement les coût3 d'exploitation.
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La préqente inventlon a pour but de procurer un brûleur d'allu-
mage et de ~outien de la combu~tion à combu~tible Possile pulvéri~é,
qui prése~te un coût d'exploitatlon moindre qu'un brûleu~ d'allumage
et de qoutien â fuel-oil ou à gaz et s'adapte ~acilement à deA~ arrets
fréquent~q et de~ ronctionnements prolongés à ba~se charge.
Le brûleur dlallumage et de qoutien à combu~tible qolide fos~ile
pulvérisé selon l'invention est caractéri3é en ce que le conduit axial
e3t muni de moyens de translation permettant de régler la longueur de
la chambre de prémélange du combustible et d'une partie du gaz
comburan~ compri_e entre l'extrémité de ce conduit et l'entrée de
l'ouvreau.
Avantageusement, le brûleur d'allumage et de ~outien comprend un
premier conduit annulaire d'introduction de gaz comburant secondaire
muni à ~on extrémité de moyens de création d'une turbulence dan3
l'écoulement de gaz comburant, et un deuxième conduit
annulaire d'introduction de gaz co~burant qecondaire muni également de
moyen3 de création d'un~ turbulence dans l'écoulement de gaz
comburant. Ce brûleur est muni de moyens de réglage des débit
re3pectif3 de gaz comburant introduit~ dans le premier et le deuxième
conduit annuIaIre.
La pos~ibilité de réglage de la chambre de prémélange aqsociée à
la~po3sibilité- de réglage de~ débits respectif~ de gaz comburant
econdaire du premier et du qecond conduit annulaire, permetten~ de
maintenir un bon ~onctionnement du brûleur lor~que le débit et ou la
25~ qualité du combustible qolide foqqile pulvérisé évoluent.
Une autre po~qibilité permi3e par ces moyenq de réglage e~t
d'introduire le mélange primaire avec une concentration relativement
élevée en combustible fo3~ile pulvériqé.
Le brûIeur dlallumage et de soutien selon l'invention comporte,
de préférence, un allumeur complémentaire ~e comp~sant de un ou
plu3ieur3 injecteur3 de combustible liquide ou gazeux répartis dan~ la
paroi de l'ouvreau.
L'invention q'étend en outre à de~ chambre3 de combu~tion à
bruleur3 principaux et brûleur~ d'allumage et de ~outien à ¢ombustible
- 3 - ~Z6~ 3~;
fo qile pulvérise.
Pour une chambre de combu3tion à chau~e dite tangen~ielle, où
le~ axes des brûleurs principaux sont tangents à un cylindre coaxial au
~oyer, chaque brûleur d'allumage et de soutien est di po~é entre deux
brûleurs principaux, sur la verticale de ceux-ci, ou latéralement par
rapport à un brûleur prir.¢ipal et au niveau de celui-ci, mais dans ce
cas, le troisième conduit d'introduction de gaz aomburant tertiaire
est concentrique à l'ouvreau et entoure celui-ci.
Pour une chambre de combustion à chau~fe dite ~rontale, où les
brûleurY principaux ~ont concentré~ sur une face du ~oyer, ou ~ur deux
~aces opposées, chaque brûleur d'allumage et de soutien est dans l'axe
d'ur~ brûleur prinoipal, ou placé dans l'arrivée de gaz comburant
secondaire de celui-ci, ou encore ad~acent latéralement à celui-ci,
mal dans ca sa-q, le troisième conduit d'introduction de gaz comburant
tertiaire est concentrlque à l'ouvreau et entoure celui-ci.
Bien entendu, le gaz comburant tertiaire du brûleur d'allumage
et de soutien peut également être introduit en partie par le bruleur
principal.
Il eqt décrit ci-aprè~, à titre d'exemples et en référence aux
~igures schématiques du des~in annexé, un brûleur d'allumage et de
soutien de la combu~tion pour chaudière à charbon pulverisé, et
di~érentes dlsposition~ pos ibles de tels brûleurs par rapport aux
brûleurs pr1ncipaux. Le gaz comburant est par exemple de l'air.
La~igure 1 représente un brûleur d'allumage et de soutien de la
combu3tion pour charbon pulvérisé.
Les figures 2 et 3 représentent deux dispo~itions particulières
d'un bruleur d'allumage et de soutien par rapport aux bruleurs princi-
paux dan~ un royer de chaudière~à chau~e tangentielle.
Les figures 4, 5 et 6 représentent trois disposition~
- 30 particulières des brûleur~ d'allumage et de ~outien par rapport aux
brûleurs prin~ipaux dans un foysr de chaudière à chau~e frontale.
~Dans la figure 1, le conduit ou tube axial 1 aqsure une arrivée
centrale de charbon pulvérisé transporté par de l'air primaire en
phase relativement den~e (plu3ieur~ Kgs de charbon pulvérlsé par Kg
d'air, et par exemple de 4 à 10 Kg de charbon par kg d'air).
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Ce tube e~t entouré par un premler conduit ou tube annulaire 2
d'arrlvée d'air econdaire, provenant du conduit 3, en débit réglable
p r un volet 4.
Le tube axial 1 peut couli~ser à l'intérieur du tube
5 annulaire 2, dont il traverse la paroi par un joint 5 permettant sa
translation. Le pourtour de l'extrémité du tube 1 est muni
d'ailettes 6 de mise en rotation pour l'air qecondaire provenant du
tube annulaire 2. Ces ailette~ 6 permettent de réaliser à la sortie du
tube 1, par turbulence, un mélange intime du combustible et d'une
10 partie d~ l'air. L'air arrivant par le tube annulaire 2 peut être
préchauffé pour ~avori er l'inflammation du combustible.
La position axiale de l'extrémité du tube axial 1 e~t ajustable
grâce à une poi3née 21 de commande de trar,~lation de ce tube, qui
permet de modi~ier la longueur L, et par quite le volume d'une chambre
15 de prémélange 10, entre l'extrémité du tube axial 1 et le fond de
l'ouvreau 12~ de ~açon à l'adapter au débit et à la qualité du charbon
pulvérulent adml3 par le tube.
Le deuxième conduit ou tube annulaire d'introduction d'air
secondaire 7 eqt alimenté par le conduit 8. Il est muni diun volet de
20 réglags de débit 9, et e-qt équ1pé à son extrémité d'allettes de mise en
rotation 11. L'air arrivant par le tube annulaire peut 3tre préchauf~é
pour favoriser-l'in~lammation du combustible.
;~ Le~ débit~ et proportions d'air paqsant dans les tube~ 2 et 7
30nt réglés seIon la qualité du charbon.
L'air; tertiaire arrive autour de l'embouchure de l'ouvreau 12
par le conduit circulaire 18, relié à un troisième conduit ou tube
an~ulaire 19 débouchant dans la chambre~de combustion 14.
L'ouvreau lui-même e~t muni d ' un revêtement ré~ractaire 13. Cet
ouvreau comporte un allumeur 15 de raible puissarce (de l'ordre de 1%
~ de la pui~sance totale du braleur), pouvant fonctionner ~oit au gaz
soit au ~uel-oil domeqtique. Il peut être remplacé par un allumeur
électrique, à arc jailli~sant périodiquement entre deq électrodeq.
Dans l'exemple représenté, un allumeur à gaz complémentaire est
di~posé dans l'ouvreau. Il qe compose de plusieurs in~ecteur~ tel
que 16, 17 répartis dans la paroi de l'ouvreau dans la zone d'allu~age.
5 ~ 6
Son fonctionnement e3t contrôlé par un détecteur de flamme 20
qui contrôle également la flamme du combustible fos3ile pulvérisé.
Pour un bruleur expérimental brûlant 110 Kg/h de charbon le~
débits respecti~s peuvent être les quivants :
Air primaire (tube 1) 15 à 30 KgJh
(chargés de 4 à 10 kg de charbon /Xg d'air).
Premier air 3econdaire (tube 2) à 20C à 300C 50 à 300 Kg/h
Second air secondaire (tube 7) à 20C à 300C 50 à 300 Kg/h
Air tertiaire (conduit 18) à 20C à 300C 0 à 1300 Kg/h
10La longueur de la chambre de prémélange est aju~table entre 100
et 500 mm en fonction de l'in~lammabilité du charbon.
La figure 2 représente une disposition d~un brûleur d'allumage
et de soutien par rapport aux brûleurs principaux, dans le ca~ d'un
foyer-de chaudière à chauffe tangentielle. Le brûleur d'allumage et de
15soutien 22 est disposé entre deux brûleurs principaux 23, 24 de section
rectangulaire dont chacun est entouré d'une ouverture
rsctangulaire 25, 26 d'introduction d'air 3econdaire et encadrée entre
deux orifices rectangulaires (27, 29 ; 28, 30) d'admission d'air
~econdaire.
20Le orifices 27, 28 servent à la fois à l'admis~ion d'air
~econdaire au brûleur principal et d'air tertiaire au brûleur
d'allumage et de ~outien. Dans une telle disposition, les admis-
sion~ 187 19, telle que mentionnées 3ur la figure 1, sont sUpprimée~.
La figure 3 repré~ente une autre dispo3ition posqible des
25brûleur~ d'allumage et de ~outien par rapport aux brûleurs principaux,
dans~le cas d'un foyer de chaudière à chau~fe tangentielle. Le brûleur
prircipal 31 est di$posé sur une arête du foyer, de 3ection droite
rectangulaire. Le brûleur d'allumage et de soutien 32 est disposé
latéralement, sur la face 33 du foyer adjacente à cette arête, dans une
30ou~erture circulaire obtenue en déformant à cet endroit le~ tube~
constituant la paroi du foyer. Dans ce cas, le brûleur d'allumage et de
soutien est conforme à la figure 1.
La figure 4 repré~ente une dispo3ition relative des brûleurs
principaux et d'allumage et de 30utien dans un foyer de chaudière à
35chauf~e frontale.
- 6 ~ 12~B996
Leq brûleur~ principaux 41-~ont repartiq en deux rangéeq sur la
face 40. Ils cGmportent un tube externe 42 et un tube interne 43 qui
délimitent une arrivée centrale 4S d'air primaire et une arrivée péri-
phérique 46 d'air ~eaondaire~ Leq brûleur~ d'allumage et de qoutien 44
~ont disposé~ dans l'axe deq brûleurs principau~ 41. Ces brûleurs
d'allumage et de ~outien 44 sont conformes à celui de la figure 1, mai
dan~ ce cas les admi~slon~ d'air tertiaire 18, 19 sont 3upprimées.
La figure 5 repré3ente une autre di~po~ition po~Qible.
, Les brûleurs principaux 51 sont répartis en deux ra~gées qur la
~ace 50. Ils comportent un tube externe 52 et un tube interne 53 qui
déliment une arri~ée centrale 55 d'air primaire et une arrivée
périphérique 56 d'air secondairs. Leq brûleurs d'allumage et de
soutien 54 sont dispo ées dans l'arrivée d'air ~econdaire d,es brûleurs
principaux 51. Dans ce cas également les admi~sion~ d'air tartiaire
1 a, 19 des brûleurs d'allumage et de soutien 54 30nt ~uppriméeq.
La ~igure 6 représente une autre di3position po sible.
Les brûleur~ 61 sont répartis en deux rangées qur la face 60.
Il~ comportent un tube externe 62 et un tube interne 63 qui délimitent
une arrivee centrale 65 d'air primaire et une arrivée périphérique 66
. . ,
d'air secondaire. Leq b~ûleurs d'allumage et de ~outien 64 sont chacun
en positior. adjacente par rapport à un brûleur principal 61. Dans ce
oaq, les brûleurq d'aIlumage et de qoutien 64 sont conformes à celui de
la figure 1.
San~ ~ortir du cadre de l'invention, les brûleurs d'allumage et
de ioutien peuvent être alimentés avec le même charbon que leq brûleurs
principaux, ou avec un charbon de nature et~ou de granulométrie
; différente~.
Ces brûleur~ d'allumage et de ~outien peuvent fonctionner
indépendamment deQ brûleurs principaux. L'inventlon peut ausqi
s~appliquer aux brûleurs ou ~oyers brulant du lignite.
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