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" Système de chauffage en circuit fermé avec entraînement d'eau à contre-curant"
Le présent procédé est destiné au chauffage de récipients de toute sorte en circuit fermée principa- lement au chauffage des appareils chimiques, des chau dières de fusion ou analogue, à des températures de
3000 à 500 C La vapeur est produite dans un faisceau ..
, . tubulaire, dont la contenance en eau est réduite pen- dant la marche suivant un principe essentiellement nouveau, ce qui a pour résultat de réduire le temps
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de chauffe et la dépense en calories, d'économiser l'espaoe nécessaire pour la dilatation de l'eau et par suite les frais d'installation, d'obtenir de la vapeur sèche par une deshydratation à contre-courant et d'aug- menter le rendement des surfaces de chauffe et de l'en- semble de l'installation;
il faut tenir compte en outre de ce que le travail a lieu à des températures supérieu- res au point critique et aveo de la vapeur surchauffée*
Jusqu'ici on n'avait travaillé en circuit fermé qu'avec de la vapeur saturée qui était libérée de l'eau entraînée, dans des séparateurs par exemple On a oons- taté cependant qu'il était très coûteux d'utiliser des récipients chauffés par la vapeur, plaoés à 40 ou 50 mètres de l'appareil producteur de vapeur;
La vapeur sa- turée sèche obtenue dans cet appareil arrive toujours humide au point d'utilisation, si bon que soit l'isole- ment des canalisations Le séchage de la vapeur saturée manque ains i son but. Evidemment on peut placer les séparateurs d'eau directement avant l'entrée dans le ré- ocipient chauffé qui reçoit ainsi de la vapeur abolie; mais on a alors perdu du travail mécanique et par suite de l'énergie calorifique, car l'eau de condensation que l'on doit séparer a été transportée comme poids mort à travers la conduite.
On ne peut d'ailleurs pas se passer d'un séparateur d'eau spéoial placé directement au géné- rateur de vapeur, sans quoi on n'enverrait pas véritable- ment de la vapeur au récipient à chauffer, mais unique- ment un courant d'eau ohaude en robant quelques bulles de vapeur, à peu près inutilisable; pour l'éohange de chaleur: L'agitation et l'élévation de l'eau dans le séparateur donne lieu également, près du générateur de vapeur, à une perte d'énergie qui ne peut pas être évitée aveo un tel procédé;
Comme dernier inconvénient il faut encore mentionner l'eau condensée de la chemise de vapeur dans
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les surfaces de ohauffe de l'enceinte chauffée, qui rend nécessaire la prévision de canailsations de grande sec tion ou bien empêche l'utilisation complète des surfa- ces de chauffer Un tel procédé nécessite donc de grandes surfaces de chauffe et des tubes à grande section, des tambours en acier encombrants pour les séparateurs de vant avoir aux hautes pressions des parois très résis- tantes, et finalement oonsomme une partie du combustible pour le travail mécanique perdu dans le transport inu- tile de l'eau de condensation et de l'eau d'entraînement jusqu'aux séparateurs;
Le chauffage nécessite beaucoup de chaleur et beauooup de temps car toute la quantité d'eau introduite doit être chauffée à la température de la vapeur à haute pression.;
Le nouveau procédé suivant l'invention évite ces inconvénients par la deshydratation du faisoeau tubulaire soumis à la chauffe et des enceintes simples ou multiples chauffées par la vapeur, lesquelles après leur connection en cours du travail aspirent et refou- lent d'elles-mêmes une partie de l'eau introduite dans le système au début de l'opération:
Le remplissage d'eau du faisceau tubulaire, chauffé de préférence par en haut, permet tout d'abord dès le début de la chauffe, une rapide formation de vapeur qui coduit à une aug- mentation de pression et à une augmentation de la densi- té de vapeur, et peemet d'obtenir dans le faisceau tubu- laire chauffé une surpression;
Ainsi il règne dans les autres parties du circuit du système, une dépression re- lative, principalement dans les espaoes viles des réci- pieute aussitôt que ceux-ci sont branchés sur le sys- tème
Le mode de réalisation représenté à titre d'exemple au dessin comporte deux récipients:
le réci- pient 1 placé à faible distance du générateur de vapeur
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2 sert à la déshydratation du faisceau tubulaire chauffe 3 tandis que le récipient 5 place à proximité de la cham bre 4 chauffée par la vapeur, entraîne l'eau des surfa- ces de chauffe 6: Lors de la oonneotion des récipients, il se produit dans ceux-ci une dépression relative, de sorte que le récipient 1 aspire à travers le tube 7, de l'eau provenant du faisceau 3 tandis que le deuxième ré- cipient 5 recueille l'eau recouvrant les surfaces de chauffe 6;
La baisse du niveau de l'eau donne naissance dans le faisceau tubulaire 3 à de la vapeur sèche tandis que, à l'origine, le remplissage complet de l'eau a per- mis une chauffe régulière en évitant en toute sécurité la fusion des tubes non encore parcourus par la vapeur.
Le chauffage se poursuit alors plus rapidement et avec des surfaces de chauffe plus petites. Pour que les réci- pents puissent, dès leur connexion,, remplir d'eux-mêmes leur rôle, ils sont disposés au-dessus du niveau de 3 et en dessous du niveau de 6, et connectés d'une part, par les tubes 7 & 8 aveo les parties de 3 conduisant de l'eau, et d'autre part aveo les points soumis à une dépression relative, c'est-à-dire par exemple, à travers les tubes à minimum 9 & 10, avec l'espace 6 où règne la dépression minimum. La disposition, le dimensionnement et la mise en place dépendent uniquement des conditions de travail et de l'importance de 1'installation Dans la disposition représentée en 1 les vannes de oommânde 11, permettent de connecter le récipient,
partiellement eulemant avec la dépression le reste de l'installation, et l'on peut également régler / par la manoeuvre des robinets 12 et 13 ce qui permet de maintenir le niveau à différentes hauteurs. Le niveau d'eau. qui peut être lu sur des indicateurs à haute pres- sion 14 et 15, assure alors pendant la marche le maintien du volume d'eau. refoulé ou 1'évacuation il'eau dans le faisceau tubulaire 3 et les surfaces de chauffe 6';
L'é chelle de lecture peut être constituée de manière à
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donner directement ces quantités et par suite la vi tesse de vapeur ou l'échange de chaleur qui en dépende Le récipient 5 qui sert principalement pour l'évacua.** tion d'eau des surfaces de chauffe 6, présente à cet effet entre son niveau supérieur et son niveau inférieur, un tube de descente 16 de manière que l'eau qui s'écou- le puisse tomber directement dans le tube 8 et ne soit pas obligée de traverser les récipients. Ainsi la ré sistane du circuit de retour et par suite la perte de pression dans le système sont réduites;
Si le fais oeau tubulaire soumis à la chauffe et 1'enceinte chauf- fée par la vapeur sont placée matériellement très près l'un et l'autre,les récipients peuvent être réunie
Le refoulement dans les récipients au-dessus du niveau d'eau en 3 se présente en équilibre insta- ble parallèlement au circuit:
En effet la quantité d'eau que l'on peut aspirer est au plus égale à celle nécessaire pour que la production de vapeur et la dé pression qui en dépendent ne puissent pas baissera Bien entendu on ne pourra pas obtenir dans les récipients un niveau fixe par suite des petites variations conti nuelles des amenées et pertes de chaleur et autres 0 on... sidérations; ce niveau va donc au contraire osciller constamment dans une certaine mesure;
Mais la plus grande partie de l'eau refoulée ne nécessite pas de dépense d'énergie appréciable comme dans un séparateur et favorise au contraire l'obtention rapide d'une haute température et d'une grande vitesse de vapeurs Si l'on continue à ohauffer, la température de l'eau augmentera moins, cette eau se dilatera d'une quantité moindre que celle correspondant à la température de travail de la vapeur à haute pression et nécessite ainsi par suite de son poids spécifique élevé un faible espace de refoule- ment;
Comme il ne se produit aucune bulle de vapeur
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(puisque la pression absolue agissant sur elle est plus grande que oelle correspondant à sa température de satu- ration) il n'est pas nécessaire pour le refoulement de prévoir des tambours d'acier aveo des surfaces de vapori- sation et de séparation importantes; au oontraire la forme et la surface supérieure des récipients sont à ce point de vue peu importantes,et il suffit de tubes d'aiier d'une forme quelconque, qui peuvent être constitués par exemple par un serpentin sans fin et sont pratiquement bien meil- leur marche que les tambours en acier.:
Comme le séchage de la vapeur n'a pas lieu dans un séparateur ou sécheur parcouru dans le sens du circuit, mais par une aspiration en sens inverse de l'eau non vaporisée, le procédé peut être caractérisé par une évacuation d'eau à contre-courant.
Avec ce procédé, la transmission de chaleur, l'ab- sorption de chaleur et la température de l'agent de chauf fe sont indépendantes de la température de saturation: La vapeur obtenue peut ainsi âtre surchauffée.On obtient par suite,même à l'extrémité d'une très longue conduite, de la vapeur encore sèche., Mais il est également possible de réaliser le chauffage de l'enceinte avec de la vapeur surchauffée et de ne produire la condensation qu'à l'extrémité des surfaoes de chauffer On peut ainsi, pour beaucoup de procédés chimiques, obtenir des températures plus hautes et transmettre, pour des surfaces de chauffe égales, des quantités de chaleur plus grandes à savoir la chaleur de surchauffe, plus la ohaleur de vaporisation.
Jusqu'ici on considérait que la vapeur surchauffée était plus économique pour les installations de force mais pas pour le chauffage uniquement: Cependant ceci n'est vrai que dans une certaine mesure et en particulier pour de la vapeur surchauffée à pression normale et sans récupé ration des chaleurs de vaporisation et d'eau de cnden-
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salions Pour de très hautes pressions, la densité de la vapeur devient aussi forte que celle de l'eau. Les tables de Monllier par exemple indiquent que pour 200atmosphères par exemple la chaleur spécifique devient environ 300 fois plus grande que pour une atmosphère. Par suite, la valeur saturée à une telle pression constitue,
contrairement au point de vue admis jusqu'ici, un agent de chauffe parti- culièrement avantageux en circuit fermer Par exemple de la vapeur surchauffée à 500 0 et 10 atm; peut, pour une pro- duotion théorique de chaleur de 888 grandes calories et un refroidissement jusque 100 C ne transmettre que 48 gr;
cal au contraire, la vapeur surchauffée à 500 C et à 200 atm pour une production théorique de 779 gr;cai seu lemnt, Mais pour cette vapeur à haute pression le point de saturation est déjà dépassé de sorte qu'elle se condense et s'écoule en revenant au faisceau tubulaire chauffé,, Pour de la vapeur à 10 atmosphères il faudrait, dans le même but refroidir jusque 179 0 de sorte que cette vapeur ne peut pas être utilisée en circuit fermée Cepdnant si l'on utilise le surohauffage sans circuit fermé a 100 C on tra- vaille en fait dans des conditions extrêmement peu éoono- miques car en mettant en oeuvre 828 gr:ca:
on en gagne seulement 48 Avec de la vapeur à 200 atm.comme dans l'exemple précédent on n'a à dépenser qu'une seule fois lors du chauffage la quantité de chaleur de 779 ge:cal ensuite la vapeur circule et l'on n'a plus à amener à nouveau que 112 gr.oal. qui, abstraction faite de petites pertes de chaleur, peuvent être utilisées à près de 100% dans la chambre à ohauffer.- Ces considérations ont été appliquées pour la première fois dans la présente invention en produisant systématiquement de la vapeur surchauffée à grande vitesse en circuit formé et rendues pratiques par un procédé d'évacuation d'ea dU!.
générateur de vapeur et
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de refoulement de l'eau séparée, à plus faible température et à poids spécifique plus élever Avec la construction des récipients qui a été décrite, le réchauffage peut être 1in terrompu à une plus faible température que celle qui ne* rait avantageuse d'après la faible densité de vapeur A de plus hautes températures, le surohauffage peut en'outre être poussé plus loin en connectant successivement les récipients.
Des thermomètres et manomètres 21 et des ni-
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veaux d'eau assurent le contrôle exact des ôpdratîona4
Plus l'on a effectué de bonne heure le refoulement de l'eau dans les récipients au cours du chauffage, plus cette eau. reste froide et plus son poids spécifique corres pondant à la vitesse de la vapeur est élevée On peut éga- lement laisser les récipients non isolés ou les soumettre en dehors des bâtiments à la circulation de l'air, ou les refroidir de toute autre manière De toute façon il faut travailler aveo un poids spécifique,le plus élevé possible et à la plus grande vitesse possible. Dans la
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partie servant au surohauffage du. faisceau tubulaire soumis à Inaction du foyer, cool peut être obtenu, avec des sec- tins tubulaires plus faibles.
Les extrémités des tubes
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sont, de la manière bien connue dans les surahauffeura,, group6...n une pièce d'ensemble qui n'a - pas besoin d'être trop eno'0mbran%ofi, car la dilatation de la vapeur et Ce lleau qui est une couadquence du chauffage peut être absor- 'p8e par les récipients Des surfaces de niveaux plus 61anw des ou des collecteurs pour la séparation de la vapeur et de l'eau sont superflue,' Le fait que la densité de la va- peur se rapprochant de celle de l'eau à mesure que la pres
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sion orotttévite l'emploi de surfaces d'évaporation.
Le chauffage se fait en 17 avec de l'huile, des gaz, on $,ou combustibles eoJ.14es. lea ga de combustion sont conduite par 4iR ohioanes en terre réfrao taire pour 8tre mis su contact 1$ -plus intimât possible avecle faisceau, tubulaire
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Des volets de tirage 19 permettent d'éloigner les gaz de . combustion d'une partie ou de la totalité du faisceau, tubu 7.aire= Avec du courant de nuit à faible tarif, le chauffage du générateur de vapeur avec du courant électrique est a- vanmtague :
Dans les enceintes chauffées par la vapeur, les surfaces de chauffe 6 sont constituées de plusieurs serpen- tins montés en série au en parallèle et qui peuvent être enrobés dans la masse comme représenté par exemple au des- sin La vapeur franche se répartit ensuite de facon régu- libre dans tous les serpentins en produisant partout la même température, ou bien la vapeur surchauffée circule' tout d'abord dans un serpentin où elle se refroidit par.
tiellement pour se condenser ensuite dans une surface de chauffe suivante4 La dernière surface de chauffe est repr tée pour des matières nécessitant de très hautes températu- res dans l'organe d'évacuation 20 ou dans un autre appareil approprié pour assurer le maintien de la charge à 1'état liquide en donnant la température nécessaire: Ainsi la chaos:
ou. la soude caustique à 985 no peuvent fondre qu'à de très hautes températures et ne peuvent être évacuées sous per- turbation du traitement qu'au moyen de tubes de coulée chauf tés 20 La mime chose est vraie pour beaucoup de laques qui ne sont fluides qu'au dessus de 380 à 400 Partout où la mise en oeuvre du procédé le permet, par exemple dans les appareils à distiller ou 5 rectifier continus, le chauffage peut avoir lieu en sens inverse du chemin du distilat