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BREVET D' INTENTION @ NOUVEAU PROCEDE DE COMBUSTION ENSUSPENSION PNEULIATOUE PAR FOYER-CONE, par Louis STOUFF.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux foyers utilisant des combustibles en particules et elle permet notamment dans une de ses formes de réalisation, l'emploi de combustibles contenant des grains dont les dimensions varient de 0 à 30 mm.-
Suivant une caractéristique de l'invention, le foyer est du type en forme de cuve verticale traversée par un courant d'air ascendant et il est caractérisé par le fait que l'on donne à ce courant d'air une vitesse progressivement décroissante de bas en haut dans une chambre épousant la forme divergente ae ce courant d'air.
De préférence,
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l'angle doit être d'autant plus faible que la densité du combustible ou le diamètre des plus grosses particules est grand; en général, cet angle devrait être normalement de 25 degrés environ pour un combustible moyen. -
D'autre part, le rapport des surfaces des bases ou orifices extrêmes d'entrée et de sortie ne pourra être infé- rieur à 15 environ; il devra être d'autant plus grand que la densité du combustible et le diamètre des plus grosses parti- cules sera plus grand. En général, ce rapport atteindra au moins 100 à 200...
Suivant la disposition ci-dessus, le foyer a la forme d'un conduit divergent ou diffuseur sans variation brusque de section, de telle sorte que les gaz s'écoulent sans tourbillon, et dans une section droite la vitesse est sensiblement la même dans tous les points. Grâce à cette disposition, on obtient des avantages techniques très impor- tants dont les principaux sont les suivants : lacombustion est homogène, c'est-à-dire que dans un plan horizontal choisi à un niveau quelconque du foyer, la densité du combustible, la teneur en gaz carbonique et la teneur en oxygène sont cons- tants en tous les points ; on peut brûler toutes sortes de combustibles même en particules assez grosses de sorte que 1' opération de la pulvérisation est évitée ;
peut encore, sans inconvénient, employer des mélanges de particules de toutes dimensions; enfin, la combustion remplit la totalité du foyer de sorte que la production de chaleur par mètre-cube de chambre est maximum.-
En ce qui concerne la partie inférieure du foyer que l'on appellera "col", on distinguera deux cols :
1 ) le col matériel défini par la paroi elle-même et qui peut être réglable de toutes manières, par exemple, en faisant varier la pente de la paroi, ou par l'artifice d'un cône inverse réglable en hauteur ou en prolongeant plus ou moins loin ce tronc de cône matériel vers son sommet, par un dispositif régla- ble en marche.- @
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2 ) le col "d'air", qui peut être complètement indépendant du premier, si la paroi comporte des orifices plus ou moins homogènement répartis, par où l'air peut être insufflé, et si, la surface du cône matériel sur laquelle se fait cette introduction d'air est réglable en hauteur.-
De préférence, les sections du cône matériel et du col d'air seront réglables tous les deux et indépendamment l'une de l'autre.-
L'air peut être,
par partie, insufflé à d'autres niveaux, et en particulier avec le combustible. On pourra, au besoin, injecter outre l'air une partie des gaz de com- bustion repris en un point quelconque de l'installation.-
L'invention consiste notamment'à prévoir à la par- tie inférieure du foyer, une buse d'amenée d'air sous pres- sion avec un intervalle libre entre cette buse et les parois du foyer ; dans cet intervalle un courant d'air induit peut être entrainé et le système fonctionne alors à la façon d'un injecteur.
Grâce à cette disposition, le raclage des mâche- fers ou ringardage peut être effectué à l'entour de la buse et le long des parois du foyer ; plus, les mâchefers tombent librement dans l'intervalle prévu ; on peut par cet intervalle observer le fonctionnement du foyer afin de le régler.-
Dans un foyer du type exposé au début, il est intéressant de prévoir à la base une sorte de bouchon conique susceptible de modifier l'ouverture offerte au passage de l'air de combustion; de préférence, ce bouchon sera disposé de.façon que le sommet du cône, soit dirigé vers le haut.-
On peut encore modifier les dimensions de l'ou- verture d'entrée d'air prévu à la base du cône, par adjonc- tion à la suite de cette base de segments tronconiques mobiles;
en adoptant pour ces segments la même conicité que pour le foyer, on apporte aucune perturbation au fonctionnement et ceci est particulièrement important dans les foyers coniques du type offrant un angle de conicité petit et un grand rapport
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des sections des bases extrêmes.
Ceci permet donc de diminuer la surface de la petite base, et d'une façon générale, l'invention couvre le procédé qui consiste à déplacer la petit base ouverte sur le cône géométrique correspondant à la forme générale du foyer.-
L'invention couvre enfin, l'adjonction d'arrivée d' air à la base du foyer laquelle peut être constituée soit par des orifices plus ou moins nombreux et homogènement répartis sur les parois, soit par des fentes de largeur réglable, soit de toute autre façon.-
Les mâchefers peuvent être évacués, soit en grains, en-dessous de leur température de ramollissement, soit pâteux ou liquides :
1 ) en grains- ils se concentrent dans le foyer, et en fait, en certaines parties du foyer jusqu'à atteindre une telle proportion qu'on peut en faire une sorte de ponction, sans perte sensible par imbrulés.
Ainsi, les schistes tendront à se grouper vers la partie inférieure : il s'en fait une sorte de triage et ce procédé de suspension pneumatique homogène et asservie peut s appliquer à une opération d'épuration préalable à froid, procédé également revendiqué par l'inventeur. De même, un grain de charbon donne par sa combustion un grain de cendre beaucoup plus léger: les grains de cette provenance se grouperont vers la partie supérieure du foyer. On pourra favoriser la captation de ces poussières, en particulier par un effet de centrifugation dans la partie supérieure du foyer en donnant au courant gazeux, un mouvement tournant autour de l'axe du cône, par exemple, par injection tangeantielle d'air ou par des surfaces hélicoïdales fixées dans le foyer.
2 ) à l'état pâteux ou liquide- les graihs de mâchefers s'agglutinent entre eux, s'alourissent et descendent jusqu'à pouvoir franchir le col. Ou bien, ils se déposent sur la paroi forment un enduit qui descend très facilement le long de celle-ci, comme s'ils étaient entraînés par un tapis
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transporteur. De dépôt mince et poreux peut entraîner quelques grains incomplètement brûlés qui sont alors dans de bonnes conditions pour achever leur combustion dans cette descente à contre-courant d'air. En général et surtout si le calibre des grains est élevé le mâchefer ne descend bien qu'aussi bas que descend le feu, grâce au rayonnement inten- sif de celui-oi qui compense le refroidissement par le courant d'air frais.
Or, tant pour la simplicité du réglage que pour ne pas risquer d'imbrulés, on ne peut risquer de descendre le feu exactement jusqu'au col.-
Contre l'adhérence des mâchefers, on pourra adopter des solutions diverses : A) Water-Jacket, d'un modèle nouveau conique intérieurement, véritable foy&er intérieur à axe vertical et traversé par une série d'orifices permettant de réaliser le col d'air variable.B) Dispositif mécanique.
On aura, par exemple, une racle ou ringard susceptible de balayer les parois du foyer pour faire tomber les mâchefers; ce ringard est monté de préférence à l'extrémité d'une tige animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe du foyer; il est avantageux de prévoir ledit ringard de façon qu'il puisse tourner autour d'un axe horizontal en s'éloignant des parois lorsqu'il rencontre un obstacle trop résistant.-
On peut encore réaliser le ringardage au moyen d' un jet d'air comprimé envoyé tangentiellement à la base du foyer de sorte qu'il balaye les parois en tourbillonnant.-
L'invention consiste encore à donner aux parois latérales de ce foyer, dans sa partie inférieure, des mouvements relatifs qui déterminent la progression des mâchefers ;
de préférence, ces mouvements sont dirigés vers le bas de sorte qu'ils facilitent la descente de ces mâchefers.
Ceci peut être réalisé notamment en constituant les parois au moyen de barres animées de mouvement de va-et-vient ;
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est bon de combiner ce mouvement avec un mouvement d'oscil- lation, de telle sorte que les barres soient plus 'près de l'axe du foyer lorsqu'elles descendent que lorsqu'elles re- montent. -
Dans une autre forme de réalisation les parois sont formées par des tapis transporteurs sans fin; la surface de ces tapis peut être garnie d'éléments réfractaires.
Enfin, il peut être avantageux d'envoyer au travers de ces tapis une partie ou la totalité de l'air de combustion; le niveau d'introduction de cet air pourra être réglé par des rideaux disposés parallèlement au tapis.-
A titre d'exemple et pour faciliter l'intelligence de la présente description, on a représenté aux dessins annexés :
Fig.l : une vue schématique en coupe d'un foyer conforme l'invention; Fig.2 : une coupe verticale faite suivant l'axe de la partie inférieure d'un type de foyer;
Fig.3 : une coupe faite suivant la ligne II-II de la fig.l;
Fig.4 : une vue en coupe verticale d'un foyer à tapis transporteurs ; Fig.5 : une vue en plan au foyer de la fig.4; Fig.6 : ---------- coupe de la partie inférieure d'un foyer à barreaux mobiles;
Fig.7 :
une vue analogue à la fig.6, dans le cas d'un refroidissement par chemise d'eau.-
Dans le foyer, représenté à la fig.l, la chambre de combustion B a la forme d'un tronc de cône à axe ver- tical dont la pointe serait dirigée vers le bas. L'angle que font entre elles les parois c'est-à-dire l'angle du cône est de 24 ; le rapport des bases du tronc de cône est égal à 16. On envoie un courant d'air asoehdant dans le sens des flèches C, tandis que le combustible est fourni en F.- @
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Grâce aux dimensions adoptées, les parois épousent la forme divergente du courant d'air et le combustible reste en suspension stable jusqu'à ce qu'il soit complè- tement brûle.
La vitesse de l'air à la partie inférieure est suffisante pour ne pas laisser descendre les grains de charbon les plus lourds aussi longtemps que leur combustion n'en est pas achevée.- La vitesse des gaz à la partie supérieure est assez faible pour que les grains de charbon les plus petits et non encore brûlés ne soient pas entrainés plus loin, la force portante des gaz devenant alors trop faible pour compenser le poids d'un grain.
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En général, on observe que chaque grain de charbon oscille d'un mouvement rapide et désordonné autour d'un niveau moyen et essentiellement dans le sens vertical, grâce à cette oscillation, il se produit un renouvellement intense de l'air à la surface du grain et ceci favorise grandement la combustion.-
Les grains "a" étant animés d'un mouvement d'oscillation très rapide, ils bombardent les parois "b". Si l'on ouvre des orifices en des points judicieux de ces parois, par exemple à la partie supérieure et à la partie inférieure, une certaine quantité de mâchefers sortira par ces orifices;
les deux extrémités "d" et "e" du foyer par où entre l'air et sortent les gaz peuvent jouer en totalité ou en partie le rôle des orifices ci-dessus.- On peut également créer dans la chambre de combustion des zones mortes où l'on favorise la séparation des mâchefers et d'où l'on extrait ceux-ci.-
Le foyer représenté aux Fig. 2 et 3 comporte à sa base des parois réfractaires I, dispos,ées en tronc de cône.
Au centre de l'extrémité inférieure ouverte se trouve une buse B par laquelle sort, suivant la flèche 3 de l'air comprimé amené par le tuyau 4; ce dispositif agissant à la façon d'un injecteur entraine un courant d'air induit qui pénètre en 5 dans l'espace resté libre entre la buse b et les parois I du foyer.-
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Les mâchefers tombent librement dans cet intervalle où ils rencontrent un courant dtair ascendant qui les refroidit, de plus, grâce à un dispositif non représenté, le chauffeur peut examiner le fonctionnement du foyer par cet orifice.-
Le tuyau 4 supporte un manchon 6 sur lequel est montée une tige verticale 7. Une racle ou ringard 8, est réunie à l'extrémité de cette tige 7 par une articulation horizontale 9.
Grâce au dispositif d'engrenage 10, 11, la râcle 8 est animée d'un mouvement de rotation autour de l'axe du foyer, de sorte qu'elle frotte contre la paroi inférieure et détache les mâchefers.- Ceux-ci tombent par l'ouverture libre ; toutefois, si quelques uns d'entre aux adhèrent trop fortement à la paroi, la râcle 8 s'écarte en pivotant autour de l'axe 9. Un dispositif non représenté permet de régler la racle dans le sens de la hauteur.-
Le tuyau 4 porte encore à son extrémité un bouchon tronconique 12; la fente ou conicité du tronc de cone est du même ordre de grandeur que celle des parois 1 du foyer, mais la pointe est dirigée en sens inverse; autrement dit, le sommet du cône serait à la partie supérieure.
En faisant monter ou descendre ce bouchon 12, on modifie les dimensions de 1' ouverture d'introduction de l'air tout en permettant le libre passage des mâchefers.-
Un jet d'air comprimé est envoyé par la base 13; celle-ci est disposée sensiblement tangentiellement par rapport à une ciroonférence horizontale ayant pour centre l'axe du foyer : suite, le jet d'air tourbillonne en balayant les parois et détache de celles-ci les résidus de la combustion.-
Dans les parois 1 du foyer, on a pérvu des ouvertures d'amenées d'air 14, 15, 16 ; en obturant plus ou moins ces ouvertures on fait varier la température à la base du foyer de la façon requise. Enfin, une autre entrée d'air a été prévue en 17; celle-ci est constituée par une fente horizontale de largeur réglable régnant autour de la
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paroi.
En abaissant par exemple, la partie inférieure 1 du f foyer, on augmente la largeur decette fente. D'autres fentes analogues peuvent être prévues à différents niveaux.-
On peut encore enlever complètement la totalité de la partie inférieure 1 avec ses accessoires, de sorte qu'il resterait en 17 à la base du foyer tronconique, une ouverture de très grande largeur. D'une féçon générale, on peut prévoir à la place de la partie 1 une construction ayant la même forme générale, mais formée de plusieurs segments superposés ; en enlevant successivement les dits segments, on augmente la section de l'extrémité inférieure ouverte sans modifier la conicité du foyer.
Les segments peuvent être portés par des bras pivotant indépendamment autour d'un axe vertical.-
Il y a lieu de noter ¯qu'en déplaçant les segments comme il est indiqué ci-dessus, on provoque la dislocation des mâchefers adhérents aux parois. Ce procédé peut être employé d'une façon générale;
c'est-à-dire qu'on peut construire les parois en plusieurs pièces mobiles les unes par rapport aux autres et l'on provoque la chute des mâchefers en donnant aux dites pièces des mouvements relatifs.-
Le foyer représenté aux figures 4 et 5, comporte à sa partie inférieure, deux tapis transporteurs 21, 22, qui se déplacent dans le sens de la flèche 23, en tournant autour des axes 24, 25, 26, 27, ces tapis sont formés d'éléments en matériaux réfractaires articulés les uns aux autres. La partie du tapis qui se trouve à l'intérieur du four, à un instant donné, prolonge vers le bas les parois 28,29 du foyer; toutefois, on peut modifier l'ouverture d'évacuation 30 restant à la base, et il suffit pour cela de faire pivoter les tapis autour des axes 24, 25.
En moyenne, la pente du tapis, etest-à-dire l'angle qu'il fait avec la verticale, sera de 10 à 25 . On envoie de l'air dans le sens des flèches 31 et cet air gagne le foyer en passant entre les éléments des tapis : cependant, un rideau 32 limite vers le haut le niveau d'
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introduction d'air; on peut faire varier ce niveau en déplaçant le rideau 32 autour des axes 24, 25.-
Dans certaines conditions de marche que l'on juge préférables, une partie du mâchefer se forme en un revêtement pâteux sur les parois 28,29; l'autre partie tombant directement par le col sans toucher la paroi; ce revêtement descend lentement en sens inverse du courant d'air de combustion qui ralentit cette descente; pendant ce temps, des grains de charbon viennent se coller sur ce mâchefer pâteux;
ils descendent avec lui et rencontrent le courant d'air ascendant qui provoque leur combustion. D'ailleurs, la masse descendante est généralement spongieuse de sorte que l'air circule bien autour des grains et ceux-ci ne risquent pas d'être enrobés sans brûler.-
Lorsque le mâchefer approche de la base du foyer, sa consistance augmente par suite de la diminution de la température due principalement au fait qu'on ne peut faire descendre le feu constitué par les grains incandescents jusqu'à l'extrémité inférieure du foyer, ceci afin d'éviter la chute d'imbrûlés; il en résulte que la progression du mâchefer se ralentit; toutefois, il rencontre alors les tapis transporteurs 21, 22 et ceux-ci assurent la continuité de la progression;
ils évitent donc que les mâchefers s' accumulent à l'entrée. De plus, les mouvements relatifs des éléments constituant chaque tapis, assurent la dislocation des mâchefers et leur chute.-
Cette disposition assure une grande souplesse de fonctionnement et facilite la conduite des foyers de ce type. Elle permet notamment d'introduire la quantité désirée d'air de combustion tout en donnant à l'orifice 30 de sortie des mâchefers une très petite section, donc de réaliser des allures très ralenties tout en conservant exclusivement le principe de la suspension pneumatique.-
Dans l'exemple représenté à la figure 6, la partie inférieure du foyer est constitué par des éléments 33
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en forme de barres, qui convergent sensiblement vers le sommet du cône forme par les parois 34 du foyer.
Ces barres sont animées de mouvements de va-et-vient, grâce au dispositif suivant : chaque barre porte à sa partie supérieure une douille 35 qui peut coulisser sur une tige 36 située en arrière; de plus, la partie inférieure est munie d'un bras 37 qui peut être actionné au moyen d'un excentrique 38 tournant dans le sens de la flèche 40.
Sols l'action de la rotation de l'arbre 39, la barre 33 accomplit un mouvement alternatif oscillant; il en est de même pour les autres barres, avec cette particularité qu'un groupe de barres monte tandis que les autres barres, intercalées entre les premières, descendent; en effet, les excentriques tournent dans le même sens, mais ils sont décalés de 180 les uns par rapport aux autres ; sorte que le mouvement vertical d'une barre est dirigé en sens inverse de celui de ses voisi&nes. Le mouvement alternatif de va-et-vient des barres facilite la dislocation des mâchefers; de plus, le léger mouvement d'oscillation causé par l'excentrique aide à la descente des dits mâchefers;
en effet, grâce au sens de rotation de l'excentrique, les barres descendent en se rapprochant de l'axe du foyer et remontent en s'éloignant de cet axe, ce qui facilite la descente du mâchefer.-
Enfin, la figure 7 montre la partie inférieure d'un foyer comportant à sa base une chemise d'eau 41 ; l'eau arrive en 42 et s'échappe en 43 après avoir convenablement refroidi les parois; grâce à ce refroidissement les mâchefers n'adhèrent pas aux parois et tombent librement par l'ouverture centrale 44. -
Une quantité d'air supplémentaire est introduit par les orifices 45 prévus dans la paroi ; aumoyen des rideaux 46, analogues aux rideaux 32 de la fig.4, on règle le niveau où commence cette introduction d'air.-