<Desc/Clms Page number 1>
Procédé pour le chauffage et la combustion de différentes matières à l'état pulvérisé, et dispositifs"pour la réalisa- tion du procédé.
--------------------------
La présente invention concerne un procédé et la réali- sation d'un four pour le chauffage-, y compris la combustion, de matières à l'état pulvérisé. L'invention se rapporte par- ticulièrement à une régulation de la température de chauffage ou de combustion, grâce à laquelle la température appropriée pour chaque matière n'est dépassée en aucun endroit du four, et est d'autre part maintenue constante pendant toute la durée de la combustion.
Précédemment, on a cherché à régler la température du four par amenée d'air en excès au four, ounen ramenant vers
<Desc/Clms Page number 2>
celuici une partie des gaz brûlés.
Conformément à l'invention, la régulation de la tem- pérature est obtenue de préférence en éliminant (Eventuelle- ment en la récupérant) la chaleur superflue.Pour un certain nombre de matières, la température pour laquelle s'amorce l'agglomération correspond à la température limite que l'on ne doit pas dépasser. Un four réalisé conformément à la, pré- sente invention peut être alimenté à l'aide de celles de ces matières que l'on trouve sous forme de poudres, ou qui sont susceptibles de se laisser diviser très finement; des combus- tibles semblables sont par exemple la poudre de touche, le charbon de bois et le charbon.
La présente invention est par- ticulièrement importante au point de vue de l'échauffement ou de la fusion des métaux provenant des boues deminerais, et surtout dans ceux des cas pratiques de préparation de ceux- ci qui sont décrits à titre d'exemple dans ce qui suit.
Il peut déjà être souligné dès maintenant que la régu- lation de la température par évacuation de la chaleur super- flue a également pour but d'utiliser le plus possible @ cel- le-ci. La chaleur évacuée est utilisée principalement dans des buts de chauffage, .notamment chauffer et éventuellement vaporiser de l'eau dans des installations de force motrice thermiques ou à vapeur. On décrira plus en détails dans ce qui suit comment on arrive à ce but, en corrélation avec les fi- gures ci-jointes, qui représentent quelques formes de réali- sation de l'invention.
La figure 1 représente une coupe verticale I-I dans la figure2, et la figure 2 une coupe horizontale II-II dans la figure 1, dans un four cylindrique. La figure 3 représente
<Desc/Clms Page number 3>
une disposition particulière.
La figure 4 représente une coupe médiane verticale,et la figure 5 une coupe horizontale V=V de la figure 4, dans une autre forme de réalisation du four muni d'une chaudière à gaz d'échappement accouplée.
La figure 6 représente une coupe médiane verticale,et la figure 7 une coupe horizontale VII-VII dans la figure 6, d'un four accouplé avec une chaudière à.gaz d'échappement.
Dans une chambre de combustion cylindrique 1 munie d'u- ne ouverture supérieure la pour l'introduction du combustible et de l'air primaire, ainsi que d'un fond 2 et d'un couvercle
3, sont disposés deux fonds intermédiaires 4 et 5 ainsi qu'un arbre creux 6, refroidi par air, lequel est monté de façon pouvoir tourner par rapport au fond et au couvercle et est mis en rotation au moyen d'un dispositif d'entraînement 7, qui est monté en dessous du four, lequel repose soit sur des pi- liers 8, soit sur des supports analogues. On n'approfondira pas ici dans leurs détails la manière dont l'arbre est monté ni comment est réalisé le dispositif d'entraînement, étant don- né que ces détails sont d'une nature purement constructive.
L'arbre qui est monté au centre du four, est muni au-dessus de chacun des fonds intermédiaires de racloirs 9, ainsi que de racloirs analogues 10 au-dessus du fond 2. Ces racloirs sont supposés être de la forme représentée, c'est pourquoi ils ne sont indiqués qu'à la figure 1. Les racloirs 9 ont pour fonc- tion d'amener à des ouvertures annulaires 11, 12 des fonds intermédiaires, les particules tombant sur les fonds 4 et 5, tandis que les racloirs 1Q ont pour fonction d'amener à un orifice d'évacuation 13 les matières accumulées sur le fond 2.
L'orifice d'échappement 15 pour les gaz brûlés est si- tué sous un des fonds intermédiaires; un dépoussiéreur centri- fuge 16 y est .raccordé.
<Desc/Clms Page number 4>
Une grande quantité de serpentins sont disposes à l'intérieur du four; ils sont indiqués par les lignes en poin- tillé 18, et sont placés en Zig-zag (voir fig. @). Les ori- fices d'entrée et de sortie de ces serpentins sont réunis tubes dans des tubes répartiteurs et des collecteurs 19 et 20 d'un système de distribution d'eau chaude, Les serpentins n'entourent cependant pas complètement la paroi; ils la.is- sent libre une partie de celle-ci,au voisinage de l'ouvertu- re la, de manière que cette partie 22 de la paroi puisse ser- vir, lorsqu'elle est chaude de surface d'allumage. Le chauf- fage préalable de la paroi peut être effectué par exemple l'aide de combustible?gazeux ou huileux.
Après ce chauffage préalable, la matièrebrûler ( combustible pulvérisé) est envoyée dans le four l'aide d'air comprimé, par l'orifice ou la tubulure la, (cet orifice est représenté en coupe à la fige 2; il est indiqué en pointillé à la fig. 1), et le. mélange est allumé en passant sur la sur- face 22. Lors de la mise en route ou lorsque l'on veut L'or- cer l'allure de la combustion, un combustible supplémentaire - par exemple un gaz ou une huile combustible finement divi- sée - peut être mélangé à l'air. Le mélange combustible cir- cule en spirale, en descendant, pendant la combustion, comme l'indique la ligne pointillée,et les gaz brûlés balaient pendant ce temps les serpentins 18. De l'air secondaire est éventuellement amené par des orifices particuliers.
La fig.l montre un orifice tangentiel d'admission lb et un orifice ra- dial d'admission lc. Plusieurs orifices disposés des hau- teurs différentes peuvent être prévus. Conformément à l'in- vention les serpentins sont disposés de telle manière que leur capacité d'absorption de chaleur, c'est-à-dire leur sur- face totale de chauffe diminue en allant vers le bas, et ce-
<Desc/Clms Page number 5>
proportionnellement à la diminution de pouvoir calorifique du combustible, et de la teneur en oxygène de l'air, par ex- emple, en donnant aux, serpentins des sections de plus en plus réduites à mesure que l'on se rapproche de l'orifice de sor- tie des gaz. 15.
Une conséquence de cette dispositionnest que- l'évacuation de chaleur produite par l'eau circulant dans les serpentins est la plus considérable à l'endroit où le déga- gement de chaleur est le plus grand, et qu'elle est la plus faible à l'endroit où le dégagement de chaleur est le plus réduit. La température est maintenue de cette manière prati- quement constante dans toutes les sections, et en faisant varier par exemple la vitesse du fluide circulant dans les serpentins, on peut régler la température de combustion, et la maintenir à la valeur désirée pendant toute la durée de la . combustion. A cause du mouvement en spirale des gaz brûlés, les particules solides qui s'y trouvent sont projetées par la force centrifuge vers l'extérieur contre les parois du foyer.
Les particules tombent alors de ces parois sur le fond intermédiaire 5, et sont amenées par raclage sur celui-ci, à l'ouverture 11 par laquelle elle tombent sur,le fond suivant intermédiaire 4, puis tombent par l'ouverture 12 directement sur le fond du four 2, d'où elles sont évacuées par l'ouver- ture 13.
Les gaz brûlés traversent l'ouverture 11 pour se diri- ger vers l'orifice de sortie 15, puis vers le dépoussiéreur centrifuge 16, où des particules encore restantes sont sé- parées du mélange gazeux. On fait alors passer ce mélange ga- zeux par un. échangeur calorifique quelconque 25, dans lequel on récupère encore de la chaleur, et on peut encore éventuel- lement faire passer, le mélange- gazeux par un dépoussiéreur supplémentaire 16a.
<Desc/Clms Page number 6>
La fig. 3 montre comment certaines parties des ser- pentins peuvent être abritées, ou isolées, lorsqu'on l'esti- me nécessaire.
La figé 4 montre comment le four peut être disposé pour l'accumulation des poussières, par une ouverture pré- vue à la périphérie du four, et pour l'évacuation des gaz dans une autre direction que les particules, et ce d'un ma- nière simple, sans pièces mobiles.
La tubulure d'entrée la pour le mélange combustible est orientée tangentiellement, tandis que le tuyau d'échap- pement des gaz 15 est placé au milieu, et que l'orifice de sortie des poussières est disposé dans un fond intermédiaire incliné. Cet orifice de sortie des poussières peut être pré- vu soit au milieu du fond, en 26, soit encore près de la ra- roi, auquel cas il se subdivise en plusieurs orifices, com- me indiqué en 27. En-dessous du four se trouve un accumula- teur de poussières 28, avec orifice de vidange 29. La sur- face d'allumage 22 est disposée comme dans la réalisation précédente, de même que les surfaces réfrigérantes (serpentins 18, voir également la coupe représentée par la fige 5).
Les gaz s"échappent par le tube 15 circulent à travers un échan- geur calorifique, par exemple une chaudière à gaz d'échappe- ment ou un surchauffeur 30, 33, avec poches da'ccumulation de poussières 31, et traversent finalement un dépoussiéreur centrifuge 32.
Les fige 6 et 7 représentent une éxécution rectangu- laire de la chambre de combustion d'un four accouplé à une chaudière à gaz d'échappement 30. Le mélange combustible s'y meut, de même que les snus-produits de la combustion dans le sens de la flèche. Les particules brûlées les plus lourdes ainsi que celles libérées par la combustion tombent dans les
<Desc/Clms Page number 7>
poches d'accumulation 31, tandis que les particules les plus légères sont entraînées vers le séparateur de poussières 32, dans lequel les gaz d'échappement et les particules solides sont séparés les uns des autres.
Des serpentins refroidisseurs 33 sont prévus dans la chambre de combustion, de la manière décrite précédemment, pour l'évacuation de la chaleur; ces serpentins refroidisseurs, dont la section devient de plus en plus faible, en suivant la direction d'écoulement des gaz, présentent une surface de chauffe de plus en plus réduite.
Ceci peut être obtenu soit en diminuant le nombre des rangées detubes, comme le montre la fig. 7, soit enaugmentant l'é- cartement des boucles successives des serpentins, dans la direction de circulation des gaz. Un orifice d'entrée d'air secondaire n'est pas indiqué, mais peut cependant être pré- vu à un endroit approprié.
Il est bien évident qu'une certaine régulation de la combustion peut également êtrê obtenue, lorsqu'on applique la présente invention, en agissant sur l'amenée de l'air servant à véhiculer le combustible. On peut d'autre part pré- voir une entrée d'air secondaire réglable. Bien entendu la nature du combustible utilisé pour l'alimentation du four intervient pour une part considérable dans la nécessité d'un réglage de l'air comburant.
Il @'est d'importance primordiale, pour une utilisation rationnelle de l'invention, que les surfaces de chauffe cons- tituées par les tubes soient maintenues à l'abri de la rouille.
Il est notoire que la rouille diminue les échanges calorifi- ques. On décrira dans ce qui suit de quelle manière sont dis- posés les tubes pour faciliter ce nettoyage.
Cette partie de l'invention se rapporte d'une part à un mode de suspension des tubes tel que ceux-ci,puissent être aisément secoués, pour en faire tomber la rouille- et, d'autre
<Desc/Clms Page number 8>
part, à. un dispositifpour secouer les tubes.
L'invention se caractérise dans ce but en ordre prin- cipal par le fait que les tubes sont recourbés en forme de boucles profondes, lesquelles sont suspendues de manière amo- vible, en étant repliées de façon appropriée ,à un tube é- gaiement refroidi par eau, et sont munies d'un dispositif permettant de les secouer, de fa-çon à les faire se cogner les unes contre les autres, pour en faire tomber la rouille.
La suspension amovible des tubes recourbés sur des tu- bes réfrigérés est une nouveauté essentielle qui doit être mise en évidence. De cette manière,le dispositifd'accrocha- ge ne risque pas d'être endommagé par la chaleur, qui peut dans beaucoup de cas, exercer une action considérable.
D'autre part, la suspension et le montage des tubes sont facilités, grâce à la présente invention.
Les figures ci-jointes montrent comment les tubes sont montés,pour pouvoir être débarrassés de la rouille, dans un canal parcouru par les gaz brûlés conforme à la présente invention, mais pouvant éventuellement êtreconçus autrement que cela a été antérieurement décrit.
La figure 8 représente une coupe verticale parallèle à la direction des gaz brûlés . La figure9 représente une coupe perpendiculaire à la précédente,selon la ligne IX-IX de la figure 8. La figure 10 montre un détail de la chaudière en représentation schématique. La figure 11 montre une coupe horizontale par la ligne XI-XI de la figure 8. La figure 12 représente un détail, et la figure 13 un autre détail, chaque fois d'une manière schématisée.
Dans les dessins 8, le-= tubes à eau faisant partie de la chaudière proprement dite sont,' désignée' par 41 et 42;les
<Desc/Clms Page number 9>
tubes à eau d'un économiseur sont représentés en 43, et la maçonnerie entourant,les faisceaux de tubes est représentée en 44. Le canal 44a dans lequel sont disposés les faisceaux de tubes est parcouru par les gaz brûlés dans le sens des flèches a. L'entrée et la sortie des gaz brûlés sont représen- tées respectivement en 45 et en 46. Les boucles tubulaires appartenant à la chaudière proprement dite sont raccordées par les tuyaux d'amenée et de retour 47 et 48 à un répartiteur 49 et à un collecteur 50, et l'eau y circule donc dans le sens des flèches b.
Conformément à l'invention, les tubes re- courbés 41-42 sont suspendus par rangées, côte à côte, à un tube en zig-zag 52, 'lequel est placé horizontalement, près de la voûte de la chambre 44a. Chac'une des diverses rangées des tubes recourbés est située dans un plan parallèle à celui de la figure 8, et toutes les boucles d'unemême rangée forment un seul tube, lequel est constitué par l'assemblage de plusi- eurs tubes plus courts, réunis par exemple par soudure. Les tubes particulièrement longs peuvent également être munis de raccords, pouvant également être ouverts pour faciliter le placement et le démontage.
Le tube 52 est raccordé aux deux récipients 49 et 50, ou dans certains cas, à des caisses à eau faisant partie de la chaudière, qui ne sont pas représen- tées ici, de tàlle manière qu'il soit refroidi efficacement par circulation d'eau, tout en constituant en même temps une partie de la surface de chauffe de la chaudière, et en contri- buant à la transmission de la chaleur.
La figure 9 montre comment les rangées de tubes recourbés peuvent être suspendues l'une près de l'autre sur le tube 52; elles peuvent également être fixées à une certaine distance les unes des autres, à l'aide de pièces intercalaires ondulées ou en forme de U, lesquelles sont représentées à la figure 12, vues de deux
<Desc/Clms Page number 10>
côtés perpendiculaires l'unà l'autre. Pour obtenir le meil- leur échange calorifique possible, les tubes 41 et 42 doi- vent être disposés de telle manière riue les gaz brûlés soient forcés de circuler entre eux en zig-zag, comme l'indiquent les flèches a' à la figure 11.
Pour obtenir cette disposition des tubes, on a replié légèrement vers' le côté 53, dans le haut, les tubes des rangées paires lorsque l'on considère les rangées parallèles au plan de la. figure 8, ou bien perpendicu- alire ent au plan de la figure 9, tandis que les tubes des rangées impaires sont maintenue suspendus de façon rectiligne.
La figure 13 représente schématiquement,du côté droit, des tubes repliés latéralement, et du côté gauche, des tubes ne comportant pas cette courburelatérale.
Les rangées paires de tubes descendent plus bas que les autres rangées;, et des tiges d'entraînement 56, disposées le long du canal des gaz brûlés 44a, attaquent les boucles inférieures de ces tubes (figure 9).Si l'on imprime à ces tiges un mouvement de va-et-vieht , on peut faire cogner é- nergîquement les tubes attaqués par ces tiges contre les autres tubes, de sorte que tous les tubes soient violemment secoués.
Il en résulte que les dépôts de rouille se détachent des tubas.
Si ce dispositif de nettoyage est réalisé avec des intervalles latéraux appropriés les tubes peuvent être maintenus pratique- ment exempts de dépôts de rouille.
Dans les petites chaudières, le dispositif de nettoyage peut être actionné à la main; dans ce but les tiges d'entraî- nement 56 sont reliées à un dispositif manuel d'actionnement quelconque, extérieur à la chaudière. Dans les grosses chau- dières, les tiges sont mises en mouvement mécaniquement comme l'indique la figure 9, avantageusement à l'aide d'un système
<Desc/Clms Page number 11>
bielle-manivelle 57, 58,59 et 60. Dans ce dernier cas, des dispositions peuvent être prises pour que le mécanisme de se- couagesoit automatiquement actionné à des intervalles de temps réguliers. A la place des tiges 56, on peut également utiliser des cables ou des fils.
Pour éviter l'usure des tubes, on peut les protéger à l'aide de pièzes spéciales diposées aux endroits où les tu- bes frappent l'un contre l'autre.
L'invention peut également être utilisée dans le cas de serpentins horizontaux comme par exemple dans les sur- chauffeurs. S'il s'agit de serpentins isolés, on peut pro- voquer les secouages nécessaires en faisant servir la tige d'entraînement d'outil à percussion, qui attaque, de l'exté- rieur de la chaudière, les serpentins.
Un autre avantage, qui est lié de préférence au mode de suspension des tubes représentés à la figure 8, est que chacune des rangées de tubes peut facilement être retirée et remplacée. Les tubes constituant lesrangées peuvent facile- ment être détachés des récipients 49 et 50, et simplement sou- levés du tube 52. La chambre 44a est munie dans ce but d'une voûte 62. Pour faciliter l'échange, le tube constituant la rangée de boucles dont il s'agit peut être rendu amovible, par exemple comme indiqué en 63.
Les tubes de l'économiseur 43 peuvent être diposés de la même manière, avec cette seule différence que les rangées de tubes sont placées opportunément dans la direction trans- verse,le par rapport au canal des gaz.
La figure 9 représente en 65 des portes grâce auxquel- les les tubes peuvent également être atteints par les côtés.
L'invention présente également l'avantage qu'elle em- pêche la production de dépôts à l'intérieur des tubes.