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Procédé de chauffage par combustibles gazeux ou liquides à basses températures.
Dans le chauffage d'appareils ou d'installations en vue de la réalisation de procédés chimiques ou physiques à basses températures, par exemple d'installations de chauffage du charbon à basses températures, le réglage de la température est difficile. Une amenée de gaz de chauffage réglée suivant le besoin en chaleur rencontre en pratique de grandes difficul- tés, car cette petite quantité de gaz de chauffe détermine des pointes de température et des irrégularités dans le chauffage ; de même la transmission de chaleur qui, aux basses températures, se fait pour la plus grande partie par connexion, est défectu- euse par suite des faibles vitesses du gaz.
D'autre part, l'a - baissement de la température des flambes par excès d'air rend difficile l'allumage du gaz, pour lequel un minimum de tempé- rature est indispensable. Jusqu'ici, on s'est borné sous ce rapport à maintenir en circulation une partie des gaz d'échap-
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pament et à les mélanger aux gaz enflammes après combustion.
Ce mélange des gaz de fumée a été également appliqué dans les fours à pyrogénation.
Cette méthode d'abaissement de la température des gaz de flamme ne peut cependant s'employer que sous certaines conditions déterminées, quand il n'y a pas de conditions spéciales requises quant aux rapports de tirage dans le four. En particulier, pour une installation comportant plusieurs points d'amenée de gaz, il est difficile d'établir une répartition régulière des gaz de fumée,
Suivant l'invention, l'amenée du moyen de chauffage - dénomination sous laquelle sont compris les combustibles gazeux; tels que gaz de générateur, gaz de pyrogénation, gaz de distil- lation du charbon, Caz naturel ou analogues, aussi bien que les combustibles liquides, tels que gazoil, benzine, e tc. - est réalisée par un certain nombre de points d'amenée de préférence répartis régulièrement.
Le mode de répartition des points d'a - limentation à la chambre de chauffe dépend des besoins locaux de chaleur et cette répartition peut donc être régulière ou irrégulière dans l'espace. En général cependant, une répartition régulière (uniforme) sera préférée.
Le réglage de la température est réalisé suivant l'inven- tion, en outre par ce que l'amenée du moyen de chauffage est interrompue entièrement ou partiellement pour une partie des endroits d'alimentation régulièrement répartis dans l'espace de chauffe ; pendant cette interruption, de l'air, des gaz de fumée ou d'autres gaz traversent ces conduites d'amenée. Il est par exemple possible de couper de l'amenée de gaz un brûleur sur deux, c'est-à-dire tous les brûleurs d'ordre pair, de sorte que, par ces brûleurs, il ne passe que de l'air de combustion ou du gaz de fumée ou un autre gaz. De ce fait, il se produit un refroidissement et la température des gaz sortant des brû- leurs alimentéspar le fluide de chauffage est abaissée.
La
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durée de l'interruption peut être réglée à volonté, ce qui permet d'obtenir toute température désirée. De même, l'amenée du fluide combustible peut par exemple être interrompue pour un brûleur sur trois ou sur quatre, ce qui permet donc un ré- glage de la température entre des limites très écartées,
Pour ne pas abaisser trop la température des brûleurs, on ferme au fluide combustible alternativement chaque groupe de brûleurs, respectivement de points d'alimentation, par exemple on coupe d'abord l'arrivée pour tous les brûleurs d'ordre pair, à l'opération suivante, pour tous les brûleurs d'ordre impair, et ainsi de suite. Le rythme peut aussi être par exemple de fermer les brûleurs n 1, 4,7, 10 ...., puis 2, 5,8, 11 puis 3, 6,9, 12 suivant la température désirée.
La durée de l'interruption dépend également de la température dé- sirée. Par exemple, l'alimentation en combustiole peut être interrompue pendant 5 minutes aux brûleurs d'ordre pair, tandis que, pendant les 5 minutes suivantes, tous les brûleurs fonc- tionnent. Pendant la période suivante de 5 minutes, l'alimenta- tion de combustible est coupée pour les brûleurs d'ordre impair, puis, pendant 5 minutes encore, tous les brûleurs sont mis en fonctionnement, et ainsi de suite. Il va de soi que la durée d'interruption des divers brûleurs, de même que l'intervalle d'alternance entre les divers groupes de brûleurs peuvent être changés à volonté.
Dans le but d'obtenir un bon mélange des fluides sortant des divers brûleurs,ces fluides, après combustion totale ou partielle du combustible, sont mélangés entre eux avant leur entrée dans la chambre de chauffe. Ce mélange peut être réalisé par exemple en réunissant par paires les canaux de combustion raccordés aux conduites d'alimentation. Evidemment, on peut aussi réunir entre elles plusieurs conduites d'alimentation.
pour ne pas diminuer le nombre des amenées de fluide à la cham- bre de combustion, les canaux de mélange conduisant à la chambre
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de combustion peuvent être prévus du même nombre que les points d'alimentation et que les canaux de combustion et être réunis à ceux-ci de façon telle que chaque point d'alimentation à la chambre de combustion est raccordé à deux points d'amenée de gaz et à deux canaux de combustion. pour obtenir un mélange intime, on peut disposer des surfaces en chicanes ou des spirales, les- quelles peuvent avoir, dans les brûleurs accouplés, une direc- tion d'enroulement opposée.
Au lieu de prévoir une telle alimentation, on peut prévoir une chambre spéciale de mélange derrière les divers points d'a- limentation et les canaux de combustion, avant l'entrée des fluides dans la chambre de combustion, donc après que le fluide de chauffe a été brûlé entièrement ou partielJement. Cette chambre spéciale de mélange est remplie de corps de remplissage réfractaires, par exemple en forme de grille.
Cet accumulateur de chaleur ainsi intercalé présente en même temps l'avantage d'équilibrer, compenser des oscillations éventuelles de tempé- rature, le réseau réfractaire agissant comme amortisseur calo- rifique. En outre, on obtient évidemment un bon mélange. L'effet de tampon calorifique joué par l'accumulateur est spécialement important quand les intervalles entre le coupage de l'alimenta- tion du fluide chauffeur aux divers groupes est assez grand.
Il fa.ut veiller à ce que la combustion du fluide combusti- ble soit complète avant l'entrée dans la chambre de mélange, respectivement la chambre de chauffe, car les pointes de tempé- rature se présentant lors d'une combustion allongée sont nuisi.- bles. Dans ce but, pour la combustion de combustibles gazeux, on applique la mesure connue en elle-même consistant à ajouter de l'oxygène ou des gaz à teneur d'oxygène, tels que l'air, dans le but d'obtenir une combustion sous courte flamme. De ce fait, il se produit une certaine transposition des hydrocarbures par laquelle la flamme de combustion est raccourcie, tout comme dans les brûleurs Bunsen, Par ce moyen, on obtient avec certitu- de une combustion complète même pour des espaces limités de com-
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bustion.
L'emploi de ce procédé de chauffage est spécialement avan- tageux pour le chauffage de tambours, dans lesquels du charbon est pyrogéné à basses températures. Comme ces tambours de pyro- génation ont le plus souvent une grande longueur, l'amenée uni- forme du fluide de chauffage sur toute la longueur est particu- lièrement importante. Ceci est obtenu par la disposition d'un certain nombre de brûleurs, La surchauffe du tambour est en même temps empêchée par les intervalles (périodes) de chauffage partiel intercalés dans le chauffage.
La répartition uniforme des fluides de chauffe peut être utilisée avantageusement en ce sens qu'un second tambour est chauffé à des degrés de température plus bas, et dans lequel les gaz de décharge sont utilisés entièrement ou partiellement. Ce second tambour peut être employé à sécher entièrement ou par- tiellement le combustible à pyrogéner, ou à l'oxyder par de l'air, auquel cas une température plus élevée est employée.
Si ce tambour d'oxydation ou de séchage du combustible est disposé au-dessus du tambour de pyrogénation, les gaz de dé - charge peuvent être conduits vers le haut, dans des canaux verticaux, en maintenant la répartition choisie dans la chambre de chauffe du tambour de pyrogénation, pour être introduits dans la chambre de chauffe du tambour de séchage ou d'oxydation.
Dans cette dernière chambre,la température désirée peut être maintenue en y amenant tout ou partie des gaz sortant du tambour de pyrogénation. Evidemment, il est également possible de divi- ser le courant venant directement des brûleurs de façon telle qu'une partie du gaz soit employée à chauffer le tambour de pyrogénation inférieur, tandis que le restant est conduit direc- tement au tambour supérieur pour le séchage ou l'oxydation du combustible. La division des gaz se fait dans chaque cas suivant les températures requises aux divers points d'utilisation.
Par le réglage quantitatif du courant de gaz de décharge,
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on maintient la température désirée dans l'espace de chauffe du tambour supérieur. Les gaz de décharge peuvent être aspirés par le tirage de la cheminée, ou par un tirage artificiel (par ventilateur, etc.). Ce tirage opère également l'aspiration de l'air de combustion, tandis que l'air destiné à. rendre non lu- mineuses les flammes de gaz chauds contenant des hydrocarbures peut être aspiré par une action de tuyère.
L'air qui, pendant les périodes de chauffage partiel, traverse le groupe de brû- leurs non alimentés par du combustible peut de même être aspiré par le tirage de la cheminée, toutes les entrées d'air pouvant avoir leur section de passage changée par exemple au moyen de volets ou coulisses.
Il va de soi qu'on peut employer de l'air préchauffé suivant le degré de température désiré ; de même le gaz de décharge peut être réemployé, respectivement renvoyé dans le circuit pendant les périodes de chauffage partiel. Ce réglage est fait suivant les conditions de température requises.
Le procédé suivant l'invention présente l'avantage impor- tant de la possibilité de réglage à volonté de la température de la chambre de chauffe, sans qu'il y ait danger de descendre sous la température d'allumage du fluide de chauffe ou de pro- voquer des surchauffes.
Un exemple de réalisation est représenté aux fig.l, 2 et 3 du dessin annexé, pour l'application du procédé de l'invention à la pyrogénation et à. l'oxydation de combustibles solides dans des tambours.
Les figures 1 et 3 donnent une coupe transversale des tambours a.vec les chambres de chauffage et les canaux de combus- tion en dépendant, tandis que la fig.2 donne une vue partielle du four avec l'alimentation en gaz de chauffe, et coupe partiel- le suivant la ligne A-A.
Le tambour 10 horizontal ou faiblement incliné sert à la pyrogénation du combustible solide à une température d'environ 5000 C, après que ce combustible (charbon) a été' traité par de
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l'air dans le tambour 11 supérieur, à une température augmentée; afin de l'oxyder et de détruire partiellement ou complètement son pouvoir collant ou d'agglutination.
Les deux tambours 10 et 11 ou un seul d'entre eux peuvent être pourvus intérieurement de dispositifs d'avancement du charbon, tels que vis, nervures, etc. Pour le chauffage des tambours 10 et 11 on emploie, dans l'exemple envisagé, du gaz de four à coke, amené par la conduite générale 12. De cette conduite partent des conduites verticales 13 de liaison, abou- tissant à deux conduites 14 et 15 horizontales séparées de ré- partition du gaz. La disposition de ces conduites spéciales de répartition 14 et 15 est nécessitée par des considérations d'encombrement. Les conduites de liaison 13 sont pourvues de soupapes de fermeture 16, manoeuvrées par exemple par leviers 17, mais susceptibles d'être le cas échéant à commande automa- tique.
Des conduites de répartition 14 et 15 partent des conduites 18 et 19 pour l'amenée du gaz aux divers brûleurs 20. Ces con- duites d'amenée 18 et 19 sont pourvues de tuyères 21 entourées d'une autre conduite tuoulaire 22. Par l'action de ces tuyères, le gaz de chauffe aspire, à sa sortie de la tuyère 21, l'air primaire nécessaire pour rendre la flamme non lumineuse, tout comme dans les brûleurs Bunsen. L'ouverture d'entrée pour l'air primaire est réglable par une plaque 23 déplaçable sur la tuyère.
Le tuyau 22 conduit le mélarge air-gaz aux canaux de combustion 24. Le canal de combustion 24 est relié, à son extrémité exté- rieure, à l'air extérieur, l'ouverture de liaison permettant l'aspiration de l'air secondaire nécessaire à la combustion du gaz de chauffe. L'aspiration de l'air secondaire se fait prin- cipalement par la dépression déterminée par le fonctionnement de l'installation, ou par le tirage de la cheminée, suivant le réglage des conditions de pression, l'ouverture d'entrée pour l'air secondaire est obturable en tout ou en partie par une
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plaque 25 montée déplaçable sur le tube 22, assurant ainsi un réglage de la quantité de l'air secondaire.
On peut évidemment laisser brûler continuellement une petite flamme d'allumage dans chaque canal de combustion, cette flamme étant alimentée par une conduite spéciale. On assure ainsi un allumage du gaz malgré les périodes d'extinction (chauffage partiel) interca - lées, sans danger d'explosions.
Dans les canaux de combustion 24, le gaz de chauffe alimen- té brûle complètement. Ces canaux 24 sont disposés sous la chambre de chauffe 26 du tambour 10. La partie en maçonnerie réfractaire 27 entourant les canaux de combustion 24 et la chambre de chauffe 26 est élevée sur une fondation ou support 43.
Une grille 28 en matière réfractaire est raccordée aux canaux de combustion 24 ; dans cette grille, les fluides prove- nant des divers brûleurs 20 se mélangent, ce qui produit en outre un échange, un équilibre favorable des températures.
Les fluides arrivent alors dans la chambre de chauffe 26 du tambour 10 et parcourent celui-ci dans la direction de la flèche. Une partie des gaz de décharge reste en circuit fermé continu, tandisque l'autre partie de ces gaz est conduite; par les canaux verticaux 29, aux chambres de chauffe 30 du tambour 10. les canaux verticaux 29 sont cependant reliés éga- lement par la conduite 31 à la conduite générale 32 d'évacua- tion, de sorte que les gaz de décharge peuvent être envoyés des canaux 29 au choix, par la conduite tabulaire 31 dans les canaux généraux d'évacuation 52, ou, au travers des chambres de chauf - fe 30, des canaux 33 et de la conduite 34, dans le second canal général d'évacuation "5.
La répartition des gaz de décharge pro- venant des canaux 29, vers les chambres de chauffe 30, respecti- vement le canal 32 est réalisée par un réglage correspondant du tirage dans les canaux 32 et 35 lesquels, tout comme les conduites 31 et 54, sont en dehors de la maçonnerie. Les divers réglages du tirage peuvent se faire par des tiroirs appropriés
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36 et 40. Par ce mode de répartition des gaz de décharge; il est possible de maintenir dans les chambres de chauffe 30 les tem- pératures désirées à tout moment. On peut évidemment aussi con- duire le courant de gaz chaud 'provenant des brûleurs en partie directement au tambour d'oxydation disposé au-dessus du tambour de pyrogénation.
Les gaz de fumée des canaux 32 et 35 peuvent être évacués (aspirés) par le tirage de la cheminée, ou par ventilateur, éjecteur, etc. Suivant la température désirée dans la chambre de chauffe 26 les gaz de fumée peuvent cependant aussi être ramenés dans cette chambre pendant les périodes de chauffage partiel, être utilisés dans des récupérateurs au réchauffage de l'air secondaire, ou être employés au réchauffage de l'air d'oxydation ou au séchage du combustible solide.
Il est également possible d'alimenter le four par des combustibles liquides, sous les mêmes conditions de fonctionne- ment, les conduites d'amenée de gaz et les tuyères devant être alors conformées en correspondance.
La fermeture des chambres de chauffe 26 et 30 se fait par des briques en T ou en coin, qui peuvent être ensuite aisément enlevées.
Si dans la direction longitudinale du tambour une chute de température est désirable, les brûleurs peuvent être disposés à écartements variables ou les écartements entre les brûleurs momentanément non alimentés en fluide de chauffe augmentent dans la direction suivant laquelle la température doit augmenter.
A la figure 3, qui correspond en principe à la fig.l, les canaux de combustion 24 sont en liaison directe par des canaux 37 avec le canal 29 qui réunit directement la chambre de chauffe 26 du tambour 10 et la chambre de chauffe 30 du tambour 11. Ce canal de réunion 29 est relié également à la chambre de chauffe 23 du tambour 10 par l'ouverture 41. Cette dernière est réglable par le tiroir 39. De même, le canal de réunion 37 peut être réglé par le tiroir 38. Les tiroirs 38 et
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39 sont manoeuvres par l'ouverture obturable 42.
Il est évident que les canaux 37 partant des chambres de combustion 24 se trouvent en liaison directe avec la chambre de chauffe 30 du tambour 11 par le fait qu'ils tournent autour du canal 29 commun de réunion. Si des Gaz de décharge sont tirés dans le conduit d'évacuation 32 par le conduit 31, de la chambre de chauffe 26 du tambour 10, entièrement ou partiellement, en tournant autour de la chambre de chauffe 30 du tambour 11, il est recommandable de disposer des canaux spéciaux de liaison entre les chambres de combustion 24 et la chambre de chauffe 30, pour éviter les par- tes de chaleur AUX hauts degrés de température.
Le réglage du courant de gaz provenant des chambres de combustion 24, au travers du canal 37, est réalise également par tiroir 38.
Le processus de fonctionnement est le suivant : Apres que le four a été chauffé et se trouve à la tempéra- ture de fonctionnement, on alimente le fluide combustible par tous les tuyaux d'amenée 22, pour éviter une augmentation inac- ceptable de température, l'amenée de gaz de chauffe est par exemple coupée pendant une courte période, au tube 14, par la manoeuvre d'un organe de fermeture 16 au moyen du levier 17.
Pendant, cette période de chauffage, le tirage n'aspire, par les ouvertures 20, que de l'air qui se mélange dans la grille 28 aux gaz de décharge provenant des brûleurs alternativement en marche et alimentés par la conduite 15. la. grille 28 produit un équilibre des températures, de sorte que le tambour 10 est maintenu à la température désirée malgré l'interruption partiel- le de l'amenée de gaz combustible. la longueur des périodes de chauffage partiel dépend de la température désirée. Ensuite, les Gaz de chauffe sont alimentés librement à. tous les brûleurs par ouverture de l'organe de fer- meture 16 au moyen du levier 17, ensuite de quoi, après un certain temps, l'amenée de gaz de chauffe est coupée à la con- duite de répartition 15 par l'organe d'obturation 16 manoeuvré par le levier 17.
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Après cette nouvelle période de chauffage partiel, on alimente à nouveau librement tous les brûleurs, puis le cycle recommence.
La manoeuvre a.lternative des deux organes d'obturation 18 par le levier 17 peut se faire également par des organes de traction à partir d'une vis commune à pas contraires, laquelle est par exemple mise en mouvement automatiquement à partir d'une horloge, par contacts électriques ou autrement. Il va de soi que la manoeuvre peut être aussi manuelle. L'aspiration de l'air ce fait automatiquement sans que pour cela les conditions de pression soient notabler.ent changées dans le four.
La mise alternative hors service des divers brûleurs en- traîne l'avantage important que la température dans les canaux 24 ne peut jamais tomber sous celle requise pour l'allumage.
De ceci dépend aussi la durée de la mise hors service d'une série de brûleurs, par le fait que les périodes de chauffage partiel se succèdent à courts intervalles, le refroidissement inacceptable des canaux de combustion 24 est empêché avec cer- titude. En outre, une flamme d'allumage peut toujours être maintenue dans les canaux de combustion. 24, afin d'assurer en toute certitude l'allumage des gaz.
Le procédé suivant l'invention donne la possibilité d'un réglage très large sans influencer sensiblement les conditions de tirage dans le four.
RE V E N D 1 C A T 1 0 N S.
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