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L'invention est relative à un procédé et à un dispositif qui convient à la mise en oeuvre de ce procédé pour chauffer des fours industriels avec du gaz. Si l'on veut chauffer des fours de ce genre, qui doivent fonctionner à des températures élevées, avec du gaz pauvre, on doit réchauffer préalablementles gaz de chauffage par un échange de chaleur avec les gaz perdus du four avant qu'ils rencontrent, à l'endroit ou aux endroits de combustion du four , l'air comburant qui est également chauffé préalablement. Généralement, le chauffage préalable des fluides utilisés'.! pour la combustion a lieu dans des accumulateurs de chaleur à une oudeux chambres (régénérateurs ou récupérateurs).
On sait que l'on utilise, pour la plupart des fours industriels importants chauffés au gaz, le principe de la régénération qui, du point de vue de la construction et du fonctionnement, est notablement plus coûteux et plus compliqué. Ceci résulte, principalement, du fait que jusqu'ici on n'est pas parvenu,en appliquant le principe de la récupération dans les accumulateurs de chaleur qui servent au chauffage préalable du gaz pauvre, à éviter des pertes considérables en gaz combustible. Ces accumulateurs, constitués généralement sous la forme de récupérateurs en briques, ne peuvent jamais être construits, pour le fonctionnement pratique, de manière telle qu'ils soient étanches aux gaz.
Mais, comme la pression du côté du gaz combustible, dans les récupérateurs à briques est notablement plus élevée que du côté des gaz perdus qui est soumis à l'effet d'aspiration exercé par la cheminée, les passages de gaz combustible dans les gaz perdus, par des fuites dans les parois du récupérateur qui séparent ces deux fluides, sont in- évitables.
On a essayé d'écarter cet inconvénient en utilisant des réoupérateurs métalliques, complètement étanches aux gaz, à la place du récupérateur en briques, en vue d'obtenir le chauffage préalable du gaz combustible. Dans les récupérateurs métalliques, étanhes,aux gaz, on ne peut toutefois réchauffer le gaz combustible au maximum que jusqu'à environ 450 à 500 0 car, sans cela, il se produit, par l'effet cataly- tique des parois métalliques, une décomposition des constituants contenant du carbone, du gaz combustible, plus spécialement de son constituant oxyde de carbone. A cause des dépôts de carbone qui sont alors inévitables, les récupérateurs métalliques se bouchent, après une du rée de fonctionnement relativement courte, du côté du gaz combustible.
Des fours, fonctionnant à une température élevée, nécessitent toutefois un chauffage préalable du gas combustible jusqu'à environ 900 à 1000 , de sorte que le chauffage préalable à 500 au maximum qui est possible dans les récupérateurs métalliques est absolument insuffisant pour des fours de ce genre. Pour un chauffage préalable aussi poussé du gaz chauffant ne conviennent que les récupérateurs en briques.
Le problème existe donc, quand on utilise des récupérateurs en briques pour le chauffage préalable du gaz chauffant, d'écarter les pertes de gaz chauds résultant des fuites dans la maçonnerie du récupérateur ou, tout au moins, de les réduire à une fraction supportable des pertes qui, jusqu'ici étaient inévitables.
Ce problème est résolu par l'invention d'une manière simple et certaine en aspirant une quantité partielle et réglable des gaz perdus du four, après qu'ils sont sortis des récupérateurs céramiques, hors du conduit de cheminée du four à l'aide d'une soufflerie, cette quantité de gaz étant soufflée comme fluide entraîneur dans le fluide combustible, qui s'écoule depuis le récupérateur vers l'endroit de combustion, à une pression réglable telle que, par l'effet éjecteur produit par le fluide entraîneur, la pression dans la partie du récupérateur, traversée par le fluide combusti-
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ble, soit diminuée à peu près jusqu'à la pression qui règne dans la partie correspondante, traversée par les gaz perdus, de ces récupérateurs.
On travaille, de préférence avec un effet d'éjecteur tel du fluide entraîneur, qui aspire le fluide combustible hors du récupérateur, que dans la partie de celui-ci, traversée par le fluide combustible, règne au moins la même pression que dans cette traversée par les gaz perdus. Même avec des défauts d'étanchéité importants dans la maçonnerie du récupérateur, les pertes par des fuites dans les gaz perdus sont exclues. Par les gaz perdus ajoutés et utilisés comme fluide entraîneur, on augmente aussi notablement la vitesse d'écoulement du gaz chauffant dans le récupérateur, le canal de liaison et l'endroit où se fait la combustion, cette vitesse n'étant produite jusqu'ici que par la poussée ascensionnelle naturelle, ce qui est avantageux pour le chauffage préalable et la combustion du gaz chauffant.
Par l'addition des gaz perdus, on diminue quelque peu le pouvoir calorifique du gaz pauvre utilisé pour le chauffage du four et théoriquement on diminue aussi un peu sa température de combustion.
Cet inconvénient apparent du procédé selon l'invention est toutefois déjà compensé par le fait que l'on peut utiliser un excès d'air notablement moindre que jusqu'ici. De cette manière on obtient pratiquement au moins les mêmes températures de combustion que sans addition de gaz perdus. En outre, par suite de l'accroissement du volume des gaz de combustion, on obtient un meilleur mélange des fluides de combustion dans la chambre de combustion du four et, lors d'une transmission directe sur les matières à chauffer qui se trouvent dans le four, on obtient également un chauffage plus uniforme de ces matières.
Suivant une autre disposition selon l'invention, on crée dans le canal de cheminée, en amont du point de branchement du conduit d'aspiration de la soufflerie et à l'aide d'un organe d'étranglement, par exemple un papillon, une charge de pression réglable qui se propage, par les parties traversées par les gaz perdus des récupérateurs, jusque dans la chambre de combustion du four. Un régulateur, qui actionne cet organe d'étranglement, est relié conformément à l'invention à un organe, sensible à la pression, établi dans la chambre de combustion.
Des variations de pression dans la chambre de combustion sont compensées automatiquement par un effet du régulateur et par un déplacement correspondant de l'organe d'étranglement, de sorte que l'on peut maintenir automatiquement la pression dans cette chambre à une valeur constante et réglable, cette valeur correspondant, de préférence, à environ + Omm d'eau.
Avantageusement on règle, en outre,- automatiquement la quantité de gaz.perdus, utilisée comme fluide entraîneur, en dépendance avec la quantité de gaz chauffant ou combustible, c'est-à-dire suivant un rapport constant et réglable par rapport à la quantité de gaz combustible.
A cet effet, on a recours à un régulateur de pression qui est relié, d'une part, à un organe sensible à la pression et établi dans le conduit pour le gaz combustible qui aboutit au récupérateur à gaz et, d'autre part, à un organe sensible à la pression et établi dans le conduit de refoulement de la soufflerie. L'agencement peut être tel que ce régulateur commande automatiquement un organe d'étranglement établi dans ce conduit de refoulement en amont de l'organe sensible à la pression.
Pour une combustion complète correspondant autant que possi -
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ble aux conditions théoriques,on doit maintenir, en outre, le rap- port entre le gaz combustible et l'air comburant à une valeur qui soit autant que possible constante et réglable. A cet effet, on a recours à un régulateur, relié à des organes sensibles à la pression et établis dans les conduits d'amenée du gaz combustible et de l'air comburant des récupérateurs,qui déplace automatiquement un organe d'étranglement établi dans le conduit d'amenée d'air, en amont de l'organe sensible à la pression dans le cas où des variations de pression se produisent dans les deux conduits. Les organes sensibles à la pression peuvent, dans les dispositifs de réglage susdits, être constitués de la manière usuelle par des plaques de pression, des tubes Pitot ou analogue.
Par ailleurs et dans la plupart des cas, un réglage automatique de la température régnant dans la chambre de combustion du four est également désirable. A cet effet, on commande, à l'aide d'un thermostat établi dans la chambre de combustion, un régulateur qui ac tionne un papillon étrangleur ou analogue établi dans le conduit d'amenée du gaz chaud en amont de l'organe sensible à la pression.
A l'aide de tous ces dispositifs de réglage, on obtient un fonctionnement complètement automatique du four en ce qui concerne son chauffage, ce dernier n'exigeant plus, en pratique, aucune surveillance après que l'on a réglé les différents dispositifs de réglage pour les valeurs désirées dans chaque cas particulier.
Pour le mode de fonctionnement décrit on règle la quantité de gaz perdus, ramenés dans le circuit, en dépendance de son rapport avec le gaz combustible introduit. Quand la quantité de gaz combustible diminue, il se produit également une diminution de la quantité de gaz perdus ramenés et, par conséquent, la vitesse de sortie de ces derniers hors de la tuyère établie dans le conduit de liaison entre le récupérateur à gaz et l'endroit où se fait la combustion pour la raison que l'organe d'étranglement, établi dans le conduit de refoulement de la soufflerie, est trop éloigné de la tuyère d'injection ellemême et que celle-ci annule la pression en excès.
Le but de cette dernière disposition faisant partie de l'invention, est d'obtenir que la vitesse de sortie, hors de la tuyère d'injection, du gaz perdu ramené, conserve des valeurs les plus élevées, même quand les quantités ramenées sont réduites.
Conformément à une autre disposition selon l'invention, on rend variable, lors du chauffage des fours industriels avec du gaz préchauffé par récupération et avec injection d'une quantité partielle et réglable des gaz perdus du four à l'aide d'une tuyère d'injection, la sortie de cette tuyère pour le gaz perdu aspiré et comprimé. En particulier, on peut modifier cette section de la tuyère en dépendance avec le rapport gaz combustible: gaz ramené. Si l'on fixe ce rapport du mélange, on peut régler également et directement, par un régulateur, la sortie de la tuyère, en opposition avec la commande de l'organe d'étranglement établi dans le conduit de refoulement de la soufflerie pour le gaz ramené.
L'action sur la pression, dans la partie du récupérateur dans laquelle se fait le chauffage préalable, n'a pas besoin de s'appliquer seulement au gaz combustible. Suivant une autre disposition selon l'invention, on peut influencer la pression dans la chambre dans la quelle on fait le chauffage préalable de l'air dans le récupérateur à air en utilisant le mélange gaz : ramené, auquel on donne une vites - se élevée par l'intervention de la tuyère d'injection, pour l'aspiration
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de l'air comburant préchauffé hors du récupérateur à air.
On évite ainsidans les récupérateurs, non seulement les pertes de gaz qui peuvent se produire par des fuites éventuelles du gaz vers la chambre à gaz perdus du récupérateur, mais également les pertes de chaleur qui peuvent avoir lieu lors du passage de l'air dans la chambre des gaz perdus dans le récupérateur à air.
Pour obtenir une variation de la section de sortie de la tuyère d'injection du gaz perdu, on loge dans celle-ci, conformément à une autre disposition de l'invention, un corps régulateur en forme de goutte qui peut être déplacé axialement dans la tuyère et qui, lorsqu'il est rapproché de l'extrémité libre de la tuyère, diminue la section de la sortie de celle-ci. Ce dispositif a pour effet que la puissance d'aspiration ou le rendement de la soufflerie pour le gaz entraîneur est élevé même quand la quantité de gaz perdus est réduite. Le régulateur du mélange qui maintient le rapport gaz ramené: gaz combustible à une valeur déterminée ou à une valeur qui varie avec les exigences doit donc effectuer un déplacement du corps en forme de goutte dans le débouché de la tuyère.
Pour obtenir l'aspiration puissante susdite de l'air comburant préchauffé, on utilise de préférence un tube mélangeur dans lequel sont logées, à une extrémité, la tuyère d'injection des gaz perdus et l'entrée du gaz combustible préalablement chauffé. L'autre extrémité du tube mélangeur débouche de manière telle dans le conduit d'amenée de l'air comburant préchauffé, qu'un effet d'aspiration soit exercé sur l'air à réchauffer qui traverse le récupérateur. De cette manière, on obtient également un équilibrage de pression entre la chambre des gaz perdus et la chambre contenant l'air dans le récupérateur à air.
Pour rendre la tuyère d'injection pour le mélange gaz combustible : gaz ramené, engagée dans le brûleur, et le tube suffisamment insensibles aux températeurs élevées régnant dans cet endroit, on constitue la tuyère d'injection, ainsi que tout le tube mélangeur, en une matière très réfractaire, de préférence en plusieurs tronçons tubulaires séparés que l'on emboîte les uns dans les autres comme des manchons. Un matériau céramique fortement réfractaire est, non seulement plus durable, mais également plus économique que les alliages métalliques résistant à des températures élevées.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention.
- la figure 1 montre, en coupe verticale, les parties à considérer d'un four à récupération chauffé avec du gaz pauvre, ce four comprenant une tuyère d'injection montrée d'une manière simplifiée; - la figure 2 montre, en coupe axiale, la tuyère d'injection ; - la figure 3 montre, en coupe, la tête du brûleur avec les débouchés du récupérateur, y compris le tube mélangeur.
La chambre 1 d'un four industriel chauffé au gaz pauvre, qui fonctionne avec transmission directe de la chaleur à la matière à chauffer logée dans la chambre 1, contient un brûleur 14 auquel les fluides de combustion (gaz combustible et air comburant) sont amenés depuis les récupérateurs à gaz et à air 2, en céramique. Les gaz perdus, qui sortent de la chambre du four ou de la chambre de combustion 1, pénètrent, par les parties traversées par les gaz perdus du récupérateur, dans un conduit de cheminée commun 3 et s'écoulent depuis
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ce conduit par une cheminée non montrée. Le gaz combustible est amenée, par le conduit 4, à un canal répartiteur 5 du ou des récupéra- teurs à gaz et l'air comburant est dirigé, par un conduit 12, vers un canal répartiteur analogue 13 du ou des récupérateurs à air.
Les fluides de combustion préchauffés s'écoulent hors des récupérateurs correspondants par des canaux de liaison séparés 6 vers le brûleur 140
Sur le conduit de cheminée 3 est branchée, en aval d'un papillon étrangleur 8 logé dans celui-ci, la conduite d'aspiration d'une soufflerie 9 qui refoule une partie du gaz perdu passant dans ce conduit de cheminée 3, par un conduit de pression 10 vers un brûleur 14 et cela avec une surpression réglable d'environ 500 à 1000 mm d'eauo Comme visible sur la figure 1, le conduit de pression 10 débouche dans une tuyère d'injection 7 qui est orientée vers la partie du canal collecteur 6 établie directement devant le brûleur 14 et constituée sous la forme d'un tube Venturi, ce canal 6 reliant le récupérateur à gaz au brûleur.
Par l'effet du gaz perdu, qui s'échappe hors de la tuyère 7 et qui forme un fluide entraîneur, on aspire le gaz pauvre réchauffé hors du ou des récupérateurs à gaz. Par le réglage de la surpression du fluide entraîneur on peut, sans plus , maintenir l'effet éjecteur de la tuyère 7 à une valeur telle que la pression, dans la partie contenant le gaz combustible dans le ou les récupérateurs à gaz, soit réduite approximativement à la pression qui règne dans la partie contenant les gaz perdus.
Un thermostat 15, logé dans la chambre 1 du four, est relié à un régulateur 16 qui actionne automatiquement un papillon 17 établi dans le conduit 4 pour le gaz combustible et qui règle ainsi la quantité introduite de gaz combustible en dépendance avec la température régnant dans la chambre 1 du four. Quand la température varie dans cette chambre, la quantité du gaz combustible est donc augmentée ou diminuée, par un déplacement convenable du papillon 17, jusqu'à ce que la température de la chambre air dé nouveau atteint la valeur pour laquelle le thermostat 15 ou le régulateur 16 a été réglé.
Pour pouvoir toujours travailler, malgré les variations du débit du gaz combustible, avec le même rapport, le plus faborable pour la combustion, entre le gaz combustible et l'air comburant, on a prévu un autre régulateur de pression 20 qui est relié, d'une part, à un organe 18, sensible à la pression, établi dans le conduit de gaz combustible 4 en aval du papillon 17 et, d'autre part, à un organe 19, sensible à la pression, établi dans le conduit d'amenée d'air 12, ce régulateur agissant sur un papillon 21 logé dans le conduit d'air en amont de l'organe 19.
Quand des variations de pression se produisent dans le conduit 4 pour le gaz combustible, comme celles obtenues par exemple par un déplacement du papillon 17, le régulateur 20 manoeuvre automatiquement le papillon 21 dans le conduit d'air 12 et cela de manière telle que la quantité d'air admise s'adapte à la quantité de gaz combustible qui est présente à ce moment.
Sur le conduit qui relie l'organe 18, sensible à la pres sion, au régulateur 20 est branché un autre conduit aboutissant au régulateur de pression 23. Ce régulateur 23 est relié, par ailleurs, à un organe 22, sensible à la pression, qui est logé dans le conduit de pression 10 de la soufflerie 9 et il actionne automatiquement un papillon 11 logé dans un conduit 10 en amont de l'organe 22.
Le régulateur de pression 23 sert au maintien automatique d'un rapport constant et réglable entre la quantité de gaz combustible qui s'écoule par le canal de liaison 6 et la quantité du gaz perdu qui sort de la
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tuyère et qui est utilisé comme fluide entraîneur pour le gaz combus- tiblea
Un organe 24, sensible à la pression et établi dans la chambre 1 du four,commande un régulateur 25 qui actionne un papillon 8 logé dans le conduit 3 de la cheminée. A l'aide de ce dispositif de réglage on peut maintenir dans la chambre 1 du four une pression constante et réglable, de préférence voisine d'environ + 0 mm d'eau.
Il est évident que l'on peut prévoir, suivant nécessité , plusieurs brûleurs 14 qui sont branchés, par les canaux de liaison 6, sur les récupérateurs à gaz et à air 2, c'est-à-dire sur les chambres à gaz ou à air de ces derniers .Aux différents brûleurs on établit avantageusement, de la manière usuelle, des registres ou analogues pour régler la répartition des fluides servant à la combustion par les canaux 6 vers les brûleurs sans modifier quelque chose à la quantité totale de ces fluides et à leur rapport mutuel.
On désigne par 31 (figure 3) le canal collecteur établi audessus du récupérateur en briques pour le gaz combustible préchauffé et par 32 le canal collecteur pour l'air comburant préchauffé. Un conduit 33 amène à la tuyère d'injection 34 le gaz perdu, aspiré hors du conduit d'échappement derrière le récupérateur à gaz et comprimé par une soufflerie. Dans le rétrécissement conique de la tuyère 34, est établi un corps régulateur 35, en forme de goutte, qui occupe la position pour laquelle l'ouverture est maximum et pour laquelle toute la section de sortie de la tuyère est dégagée. En 35a ce corps régulateur est montré comme étant fermé.
Le corps régulateur 35 est déplacé, suivant l'axe du tube mélangeur ou de la tuyère 34, par la tige 36 sous la commande du régulateur de mélange pour le gaz combustible et le gaz ramené, ou sous la commande du cylindre de réglage 39 actionné à la main, en vue de modifier la section transversale de la tuyère.
La tige de commande 36 traverse, en 37, d'une manière étanche aux gaz , la paroi du coude formé par le conduit 33 et elle est maintenue en 38 (figure 2) suivant l'axe du tube mélangeur. On désigne par 40 les tronçons tubùlaires, en un matériau fortement réfractaire, qui forment le tube mélangeur, ces tronçons aboutissant, à l'extrémité de ce tube, à la tuyère d'injection 41 pour l'entraînement de l'air combu- ranto En 42 le mélange gaz-air-gaz perdu s'échappe hors du brûleur dans la chambre du four.
Le mode de fonctionnement de la soufflerie à double jet d'entraînement pour le gaz combustible et l'air comburant chaud réside dans le fait que par la vitesse élevée que le gaz ramené acquiert dans la tuyère d'injection, ce gaz transmet son énergie propre par mélange au gaz combustible aspiré et provoque l'accélération de ce gaz ce qui produit l'effet d'aspiration dans le canal collecteur 31 alors que le mélange accéléré de gaz combustible et de gaz ramené, en sortant de la tuyère 41 pour le gaz mélangé, produit un effet aspirateur dans le canal collecteur 32 pour l'air comburant et chaud. L'effort d'entraînement dépend du rapport des masses du gaz entraîneur et du gaz aspiré et de leurs vitesses. Ces masses et vitesses sont calculées et déterminées par des essais pour que l'on obtienne l'effet désiré.
Il en est de même en ce qui concerne la distance suivant laquelle les tuyères d'injection 34 et 41 sont engagées respectivement dans les ouvertures du tube mélangeur et du brûleur. Quand le corps régulateur 35, en forme de goutte, est déplacé vers le débouché de la tuyère 34 la section libre de ce débouché diminue ; obtient, quand la pression initiale reste constante, le débit d'une quantité de gaz
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ramené du fluide entraîneur qui correspond à la section diminuée de la tuyère mais qui s'écoule à la même vitesse que celle obtenue quand le débouché de la tuyère est complètement ouvert.
Quand la courbe caractéristique de la soufflerie, utilisée pour le gaz ramené, a une forme telle que la pression augmente quand la quantité débitée dimi- nue, la vitesse de sortie devient même encore plus élevée et l'effet d'entraînement devient plus grand. Il devient donc possible d'établir, par réglage, les conditions les plus favorables. Le réglage du corps régulateur 35 peut se faire automatiquement en dépendance avec le régulateur du mélange de gaz combustible : gazramené ou par une commande manuelle depuis un endroit quelconque et avec l'amplitude voulue. La longueur du tube mélangeur pour le mélange gaz combustible : gaz perdu correspond autant que possible à au moins quarante fois le diamètre du tube.
La direction d'injection la plus favorable dans la chambre du four ainsi que les vitesses les plus avantageuses sont déterminées par des essais.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour chauffer des fours industriels avec des fluides de combustion gazeux et chauffés préalablement par récupération, caractérisé en ce qu'une quantité partielle et réglable des gaz perdus du four est aspirée, après leur sortie hors de récupérateurs céramiques, hors du conduit de cheminée du four par une soufflerie et injectée, sous une pression réglée, de manière telle comme fluide d'entraînement dans le fluide combustible qui s'écoule depuis le récupérateur vers le brûleur que, par l'effet éjecteur du fluide entraîneur et l'aspiration ainsi obtenue du fluide combustible hors du récupérateur, la pression agissant dans la partie du récupérateur traversée par ce fluide combustible soit diminuée, tout au moins approximativement, jusqu'à la pression qui règne dans la contre-partie correspondante, traversée par le gaz perdu,
du récupérateur.