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'PROC2D2 D'EXPLOITATION D'APPAREILS 1,.,L-à-TALLIV-S A CHAUFMR LE V.::1 OU sûF1ul3iuRs 1JV CHALEUR .'U;aLOG'JS"
Depuis que l'industrie métallurgique a réussi à produire des métaux susceptibles de résister aux hautes teu- pératurea, il est devenu possible de construire en métal et de faire travailler en récupération des échangeurs de chaleur tels que les appareils à chauffer le vent ou analogues. que
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l'on était antérieurement obligé de cccatruire en matériaux céramiques et d'exploiter d'après le procédé de régénération à fonctionnement intermittent.
Il est vrai que l'on ne peut
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pas pousser les gaz de chauffe jusqu'aux températures que donne une combustion avec un faible excédent d'air, maie qu'il faut plutôt tenir artificiellement la températures d'entrée dans l'échangeur de chalour à un niveau plus bas, soit en travaillant avec un grand excès d'air, ce qui équivaut à un abaissement du rendement, soit en utilisant la zone supérieure de températures à d'autres fins, par exemple pour produire de la vapeur. Comme on le sait, l'abaissement du rendeuent dans le travail avec grand excès d'air s'obtient du fait qu'il se forme aussi de plus grandes quantités de gaz perdus et que par suite la perte par ces gaz qui s'échappent s'en trouve augmentée.
Cette porte peut s'éviter si, pour abaisser la température des gazde chauffe, on n'emploiepas un supplément d'air, mais les gaz de chauffe eux-mêmes après qu'ils ont déjà cédé une certaine quantité de chaleur utile, donc après qu'ils se sont refroidis, ces gaz produisant, par leur mélange avec les gaz de chauffe nouvellement brûlés, par exemple avec le plus faible excès d'air possible, un refroidissement de ces derniers.
L'objet de la présente invention est un appareil à chauffer le vent ou échangeur de chaleur analogue construit en m4tal et qui fait usage de ce procédé.
Un inconvénient des échangeurs de chaleur en métal pour hautes températures est le prix élevé des métaux résis- tant à ces températures. Il faut donc s'efforcer d'avoir des surfaces de chauffe aussi réduites que possible, c'est-à-dire d'obtenir des transmissions de chaleur aussi grandes que possible. Un moyen d'y arriver est d'employer de grandes vi- tesses d'écoulement. Ces grandes vitesses donnent de faibles sections de passage pour les canaux des gaz de chauffe, ce
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qui en soi constituerait un avantage, maie rand très difficile la fabrication de tels échangeurs de chaleur en raison des faibles distances à prévoir entre les axes des tubes.
Si, en ramenant aux surfaces d'échange les gaz perdus, on augmente la quantité des gaz de chauffe, on peut, mené avec de grandes vitesses d'écoulement, arriver à des distances favorables entre tubes.
On peut arriver encore à une plus grande réduction des dimensions en faisant fonctionner l'échangeur de chaleur suivant le principe du g4nérateur "Velox", c'est-à-dire en augmentant la vitesse des gaz et en augmentant en mode temps leur pression. Afin d'obtenir ici sans pertes la grande puis- 3ance nécessitée pour obtenir les grandes vitesses et l'aug- mentation de la pression, on emploie un compresseur actionné par une turbine à gaz dont les gaz moteurs sont les gaz de chauffe eux-mêmes.
Afin d'éviter, dans ce procédé d'exploitation également, des températures de gaz trop fortes pour l'échangour de chaleur, il a été proposé de brancher avant cet échangeur et en série avec lui, un générateur "Velox" dans lequel la zone supérieure des températures des gaz de chauffe est utilisée pour produire de la vapeur.
Un autre objet de la présente invention est d'obtenir l'abaissement de la température en ramenant aux surfaces d'échange des gaz de chauffe refroidis au lieu de uonter un générateur de vapeur en amont de ces surfaces; à cet effet, ces gaz de chauffe seront prélevée immédiatement à l'amont de la turbine à gaz, c'est-à-dire dans une zone de températures où ils peuvent être pris et transportée sans dispositifs de refroidissement et où leur recompression ne demande que la faible puissance nécessaire pour vaincre la résistance à l'écoulement de l'étage d'échangeur situé entre
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la chambre de combustion et la turbine.
Le dessin annexé représente scnécatiqu6!..6Ilt et à titre d'exemples deux installations conformes à l'invention.
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la Fig. 1 uontre le cas le plus si-1;le. A la Fig. 1, 1 désire une chambre de combustion, dans laquelle brûle en d9Veloi>allt une forte quantité de chaleur un uélaI1b6 air-couatiàle a..1L.ené en 2, 3 est un éChaI'bOur de chaleur en m3tal, par eJ#uple un appareil à chauffer le voi-it. ,:ri 4 et 5 sont respec- tivement l'entrée et la sortie du courant de gaz de chauffe, en 6 et 7, l'entrée et la sortie du vent à chauffer.
Afin d'abaisser à une valeur supportable pour les surfaces de chauffe métalliques la température des gaz de chauffe, une
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partie dos gaz d'échappelent qui autrement serait perdue, est aspirée en 5 par un compresseur 9 actionné par un moteur 8, et qui la refoule dans la chambre de combustion 1 où elle se mélange aux gaz chauds qui s'y fondent.
La Fig. 2 est le schéma d'une installation suivant le principe "Velox". 1 désire à nouveau une chambre de
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con.buation, 2 l'amenée d'air et de combustible. Mais qui sont ici fournis sous une certaine pression par les deux coupuressaura 10 et 11 respectivalàeiit. Les gaz de chauf fe I"btJan4s à la température de4,asdée 8sent en 4 au deUXièLI8 étaya de l'appareil à chauffer le vent 12, et de là en 5 dans une turbine à gaz 13 où, par la détente de la plus grande partie de la pression produi te dans les compresseurs 10 et 11, ils
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proauisent du travail. Une partie des gaz de chauffe est re- prise en 5 et ramenée par un compresseur 9 à la chambre de combustion. Les gaz qui quittant la turbine à gaz passent encore au premier étage 14 de l'appareil à chauffer le vent
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et s'échappent de là à l'auiouphère.
Le vent à chauffer entre en 6 dans le premier étage
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du chauffe-vent et quitte la deuxième étage en 7. Pour la démarrage, le réglage, et aussi pour aider la turbine à gaz lorsque sa puissance est insuffisante, il eut prévu un moteur auxiliaire 15 qui peut être un moteur électrique ou au:,si une turbine.
Le procédé d'exploitation proposé permet aussi un réglage de la température des gaz. Plus la quantité de gaz aspirée par le compresseur 9 et mélangée aux nouveaux produite ae la combustion, toujours brûlés à la plus haute teupérature, est grande, plus faible est la température des gaz de chaulfe, sans que pour cela le rendement ùe l'installation s'abaisse.
Dans ce procédé, une réduction de la température des gaz de chauffe ne correspond pas forcement à un abaissement de la quantité de chaleur dégagée. En effet, l'augmentation de la quantité des gaz qui se trouvent en circulation entraîne une augmentation de la vitesse à'écoulement de ces gaz, la section de passage des canaux de gaz n'étant, pas modifiée.
L'augmentation de la transmission de chaleur qui en résulte peut compenser la réduction de la chute de température.
Le grand avantage tecnnique et économique du procédé proposé réside dans l'indépendance des températures de la chambre de combustion par rapport aux températures que demande la conservation de la durée des surfaces métalliques de chauffe. Si l'on choisit en outre le chauffage sous pression, il suffit de très faibles excès d'air pour obtenir une combustion complète. Les températures à la chau.bre de combustion deviennent dès lors très élevées. On peut alors faire en sorte que les gaz ramenés au circuit passent à travers le garnissage réfractaire de la chambre de combustion et le long de ce garnissage de façon telle qu'ils refroidissent sensiblement ses élémenta et que par suite l'action de la
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chaleur de la chambre de combustion n'ait pas d'effet nuisi- ble.
L'entrainement de la soufflante qui recoaprime les gaz refroiaia peut se faire par la turbine à gaz, mais aussi à l'aide d'un moteur distinct.
Le procédé proposé convient également pour les échangeurs de chaleur qui sont alimentes par les gaz d'échap- pement a'autres processus de chauffage, et dans lesquels un abaissement de la température ou une augmentation de la quan- tité de ces gaz est désirable, par exemple pour obtenir des transmissions de chaleur plus intenses.