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Procédé et dispositif pour le refroidissement et l'bumidification d'un courant de gaz chaud.
L'invention concerne le refroidissement et l'humiaifica- tion d'un courant de gaz chaude par injection. d'eau ou 4'un autre liquide, en particulier pour améliorer son dépoussiérage par voie électrostatique ou pour ménsger les appareils traversés par le gaz, comme les filtres à manche les ventilateurs et appareils similai- res.
Dans la technique du traitement thermique de matières so- lides, le traitement ultérieur des gaz chauds résultants rencontre fréquement des difficulté.. Il est connu d'éliminer celles-ci en Injectant dans les gaz chauds un liquide, en particulier de l'eau, afin d'éviter par ce refroidissement, de mettre en danger les ap- pareils d'aval, tels que ventilateurs, filtres à manche, etc* et
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pour permettre en lut temps dg simplifier le traitement.
L'humidi- fiction est souvent avantageuse pour d'autres raisons, du point de vue par exemple des opérations ch1a!quel, ou pour améliorer le.cox- portement d'un électro-filtre d'aval pendant le dépoussiérage* Prin- cipalement pour les électro-filtres, il s'est avéré que le <:!pou i4< rai' de courants de gaz chauds est relativement difficile dans la gamme de tomp6rntures comprise entre 200 et 300*C, tendit qu'au* dessus et en dessous de cette gamme, les conditions de dépoussiérage
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électrostatique sont considérablement plus favorables. Kn outrop des difficultés et présentent frèquementdant le d'pou..1ra.. '18gtro- statiout dois gaz obaudop en raison de la trop faible teneur en humi-i dité de ceux-ci.
On s'est donc efforcé, lors du dépoussiérage de gaz chaud. tu moyen d'él.cro-rl1tr.., d'éviter la gnmae de tupée ratures comprise entre 200 et 300*C et de relever le point de roté. des gaz à dépoussiérer, en y introduisant, en particulier de l'eau finement divisée ou sous forme de '.peur, de manière à provoquer la :
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formation de vapeur d'eau surchauffé1* dans les sas à traiter, De cet- te façon, et en particulier en évitant l'effet d'ionisation en re- tour bien connu 1' expérience a montré que l'effet de dépoussiérage
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de 1#électro-flltre est con.ld4rAblem.nt améliore.
11 sot connu d'humidifier lot Sax chauds au Moyen d'eau dans des tours ou des chambres d'humidification. Dans les installa tiens de ce genre il n'est en aucun cas pratiquement possible de vaporiser entièrement l'eau introduite dans le courant gazeux et en particulier, quand des quantités d'eau relativement grandes doivent
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être introduite. dans celui-ci,, La utrtit non vaporise de l'eau reste en gouttelettes et il oeuf se former sur le tond, dans les coudes des tuyauteries etc. des incrustations ou des précipitations
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qui sont évacuées sous la forlie de soblammes.
Les schiatastes de et genre sont toutefois difficiles à manipuler car ils ne peuvent en général être évacuée dans le courant d'eau, mais doivent être trai- tés dans des installations spécial? d'essorage, telles que des épaississeurs, des essoreuses centrifuges., etc. puis séchés. Les
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incrustations doivent être enleva mécaniquement.
Dans toutes les opérations d'humidification de gaz chauds, les difficultés évoquées d'une vaporisation insuffisante du liquide d'humidification et la persistance de gouttelettes de liquide se pré- sentent toujours quand on doit assurer un refroidissement et une hu- midification relativement prononcés du gaz. L'invention a pour but de résoudre ce problème de manière simple et économique.
Suivant l'invention, il est prévu un procédé pour refroi- dir et humidifier un courant de gaz chauds par injection d'eau ou d'autres liquides, en particulier pour améliorer l'électro-dépoussié- rage du courant gazeux ou ménager les appareils traversés par les gaz, tels que filtres à manche, ventilateurs, etc., dans lequel une ma- tière solide en grains fins est introduite dans le courant gazeux en vue d'une meilleure transmission de la chaleur de celui-ci & l'eau finement divisée y introduite. La matière solide en grains fins absoy be très rapidement la chaleur du gaz et la cède ensuite au liquide.
L'introduction de la matière solide en grains fins s'effectue, de préférence, avant le point d'introduction du liquide en considérant le sens d'écoulement du gaz.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, la matière solide en grains fins est réutilisée dans le circuit, après avoir été séparée du courant de gaz chauds. Ceci a l'avantage de réduire considérablement la consommation de cette matière.
Le procédé de l'invention peut en outre être réalisé très avantageusement en utilisant comme matière solide en grains fins la poussière séparée du courant gazeux. Il est en outre possible, dans le traitement thermique d'un produit brut en grains fins, de la fa- rine de ciment par exemple, d'introduire le produit brut lui-même comme matière solide en grains fins dans le courant de gaz chauds sortant de l'installation de traitement et de le renvoyer à celle-ci après séparation du courant gazeux. On obtient ainsi, très avanta- geusement, en même temps qu'une humidification du gaz, un préchauffa ge du produit brut.
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Des exemples d'exécution de l'invention seront décrits ci- après de manière plus détaillée, avec référence aux dessina annexas.
La figure 1 montre schénatiquement un dispositif pour le refroidissement et l'humidification d'un gaz chaud sortant comme gaz perdu d'un four tubulaire rotatif; les figures 2 à 5 représentent d'autres exemples d'exécu- tion de l'invention.
La figure 1 montre un dispositifpour le refroidissement et l'humidification d'un courant de gaz chaud, en vue d'abaisser la tem- pérature de celui-ci dans une mesure telle que son dépoussiérage au moyen de filtres à manche soit possible sans difficulté. Le pro- duira traiter est introduit dans le four tubulaire rotatif 1 au moyen d'un transporteur, tel qu'un transporteur à bande 2, et d'un couloir 3;pendant son avancement vers la gauche à travers le four rotatif il est soumis à l'action d'un courant de gaz chaud. Ce cou- rant de gaz chaud parcourt le four en sens opposé et pénètre, du côté droit du four rotatif tubulaire, dans une conduite d'évacua tien 4 débouchent dans la partie supérieure d'un dépoussiéreur revotant la forme d'un cyclone 5.
Le courant de gaz quitte le cyclone par une conduite 6, en communication avec un filtre à manche 7. Le cou- rant gazeux épuré sort du filtre à manche par des conduites 8, 9, 10 et 11 et est évacué à l'air libre au moyen d'un ventilateur 12,
Suivant l'invention, une matière solide en grains fins, relativement sèche, ayant la forme d'un sable ou d'une farine et qui est par exemple du sable, de la farine de calcaire, ou une matière similaire, est introduite au moyen d'une vis transporteuse 13 dans un réservoir de stockage 14, dont elle sort par un dispositif de transport et de dosage, par exemple une vis doseuse 15 et une écluse cellulaire 16, pour être introduite dans la conduite d'évacuation du gaz 4.
La matière solide introduite est entraînée par le courant de gaz chaud s'écoulant vers le haut dans la conduite et répartie sur toute la section transversale du courant. La matière solide absorbe très rapidement la chaleur du gaz Jusqu'à égalisation de la
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température L'eau amende par une tuyauterie 17 est injectée dans le courant de gaz chaud chargé de matière solide en crains fins, après le point d'introduction, de celle-ci en considérant le sens
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d'stcoulcaent du gaz. L'injection de l'eau peut sa faire de toute manière appropriée par exemple au moyen d'un ajutage de nulvér11.- tiun 18 dirigé vers le haut.
Il n'est en outre pas absolument n6- cessaire que l'eau soit pulvérisée de manière excessive c)est,.-à- dire atomisée malt il suffit d'une fine division telle que celle Pouvant t'obtenir dans les Installations de pulvérisation ordinaire*
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sous une pression de l'ordre de grandeur de 5 & 15 atu environ* En raison de Inaction de la matière bolide injectée dans le courant gazeux et qui, au point d'injection de l'eau, a déjà atteint dans une large mesure la température du gaz chaud,
il se produit une va-
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porisation 1#m6dlate et complète de l'eau dans la conduite de .az 4$ de sorte que l'on évite ainsi une formation de .chlamme. ou des In- crustations indésirables. La matière solide en grains fins introdui- t* dans * courant gazeux est ensuite séparée dans le cyclone 5* En sortant de celui-ci elle retourne au réservoir de stockage 14,
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d'où elle est à nouveau introduite dans la conduite de gaz brùlà 4 et recyclée.
Par suite de l'humidification efficace du courant gateu on obtient un fort refroidissement et en même temps une diminution de volume du gaz, de sorte nue le dépoussiérage peut s'effectuer de manière particulièrement économique dans le filtre à manche 7, sans mettre celui-ci en danger* La poussière séparée dans le filtre à manche est évacuée au moyen d'une installation de transport 19 qui
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est, par exemple, un transporteur à vis, un transporteur pn8\l.matlC1ue, ou un autre transporteur approprié.
Dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, il est de particulière importance que lors du traitement des gaz chargés de poussière ,comme c'est le ces dans le présent exemple d'exécution, la proportion de poussière contenue normalement dans le gaz ne suf-
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tîst pas pour atteindre le but de l'invention.
La nuantîté supplé- mentaire de matière solide en grains fins injectée dans le courant
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SAZOUX doit être d'une importance telle que m'm. en cas deinjection de quantités d'eau relativement élevées, il se produise une 'alor1... dation immédiate de l'eau injectée, en raison de la présence des particules de matière solide dans le courant gazeux* Cette action
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se manifeste par exemple luauÓ la cluantit4 de matière solide sup- plôMent.1r. introduite dia8 le courant gazeux de la anière confor- me à l'invention tat relativement. gy<Mdw. Mh pratique, la quantité de matière solide supolémentaire introduite se situe la plupart du temps entre 500 et 2000 1Im.'.
La figure 2 montre une autre tome d'exécution du dispos! tit repréïenté à la figure le L. courant de gai chaud uitte le tour tubulaire rotatif 1 oer la conduite des gaz brûlés 4, parvient au cyclone 5 et est conduit de là par la tuyauterie 6# au filtre à man- che 7* Le courant de gaz sort de celui-ci, après dpouxtia par les conduite. 8, 9e 10 et Il et passe ensuite à l'air libre' 10in- tervention du ventilateur 12. Dans le présent exemple d'exécution,
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on emploie comme matière solide en grain$ fine à introduire en sur- plument, la poussière séparés du courant gazeux.
A cet effets la pous
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alére séparés dans le filtre à manche 7 est Menée au moyen d'une Installation de transport appropriée 20# qui est par exe-aple un transporteur à vis, au silo de stockage 14 dOo4 elle est introduite dans la conduite 4 en passant par la vis de dosage 15 et l'écluse cellulaire 16, De l'eau amende par la conduite 17 est ensuite in- jectée de la manière décrite à propos de la figure 1. On veille en
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même temps, par un moyen appropriât à ce que la poussière excédentai- re présente dans le silo de stockage soit évacuée par exemple, com- me dans la représentation simplifiée de la figure 2, par un prolon- gainent 21 du transporteur à vis 20.
Dans l'installation de la figure 2, le processus est en principe le suivant. La fine poussière séparée dans le filtre à man- che 7 est d'abord amende au réservoir de stockage 14, d'où elle est introduite dans le courant de gaz chaud, De l'eau amende par la con-
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duite 17 est ensuite injectée dans 14 courant de &&j6, ainsi enrichi
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de poussière, qui est de cette manière humidifié et en même temps refroidi.
Sous l'influence de l'eau injectée et suivant le mode de fonctionnement, il peut se former partiellement dans la conduite' des gaz brûlés 4 de très petite conglomérats de particules de pous- sière. Celles-ci sont ensuite déjà séparées dans le cyclone 5, d'où elles sont ramenées au réservoir 14, tandis que les parties consti- tutives en grains très fins sont séparées dans le filtre à manche 7, après avoir traversé le cyclone 5. Dans le procédé représenté à la figure 2, on veille avantageusement à ne pas dépasser dans le réser- voir de stockage une quantité déterminée de poussière dont l'excédent est évacué par le prolongement 21 du transporteur à vis 20.
Il peut toutefois être également opportun d'évacuer séparément la poussière recueillie dans le filtre à manche 7, après Mariage de l'opération, c'est-à-dire après mise en service de l'installation et de n'intro- duire dans la conduite des gaz brûlés 4 que les poussières recueil- lies dans le cyclone 5.
Dans l'exemple d'exécution de la figure 3, on suppose que le produit brut a traiter dans le four rotatif 1, par exemple de la' farine de ciment brute, est employé Comme matière solide à introduire dans le courant de gaz qui, après humidification et refroidissement par l'eau Injectée, est dépoussiéré dans un électro-filtre 22.
La farine brute, employée conformément à l'invention pour assurer une humidification efficace., est amenée d'un silo à farine brute, non représenté, par une installation de transporta par exemple un trans- porteur à vis 29, et une écluse cellulaire 30, pour arriver dans le courant de gaz qui s'élève dans la conduite de gaz perdu 4, L'humidi- fication du courant de gaz s'effectue ensuite de la manière décrite, par Injection d'eau amenée dans la tuyauterie 17. Le courant de gaz chaud chargé de farine brute parvient ensuite dans le cyclone 5.
Dans celui-ci, la plus grande oartie de la matière solide en grains fins introduite dans le courant de gaz et celle se trouvant déjà dans ce- lui-ci sous forme de poussière à la sortie du four sont séparées, tandis que la matière solide restant dans le courant de gaz sortant
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du cyclone 5 parvient par la conduite 6 à l'électro-filtre 22. C'est dans ce dernier que s'effectue le dépoussiérage final du courant de gaz qui est ensuite évacué par un ventilateur 23. La poussière sé- parée dans l'électro-filtre 22 est extraite par des trémies 24 et 25 et une installation ce transport, par exemple une vis transpor- teuse 26, et ajoutée à nouveau à la farine brute.
Dans ce but, la poussière peut être envoyée par exemple dans les silos à farine brute ou directement dans le four, ou dans le circuit d'humidification. La farine brute séparée dans le cyclone 5 parvient au four tubulaire ro- tatif par la tuyauterie 27 équipée d'un clapet oscillant 28.
L'installation décrite offre en particulier l'avantage que la farine brute, oui est a'abord encore froide et qui est amenée par l'installation de transport 29 dans le circuit d'humidification, est préchauffée à une température de situant par exemple entre 100 et 300 C et que le rendement thermique de l'installation est ainsi aug- mente. Il y a lieu d'observer à ce propos qu'en général la quantité totale de farine brute à enfourner dans le four rotatif 1 passe dans le circuit d'humidification. De cette façon, on obtient, d'une part, l'avantage d'un préchauffas de la farine brute, tandis que, d'autre part, la grande quantité des particules de matières solides très chaudes présentes dans le courant gazeux ascendant permet une bumidi- fication très rapide et efficace du courant gazeux, sans effet secon- daire nuisible.
Il est recommandé d'ajouter éventuellement dans le circuit d'humidification une quantité d'eau telle Que la température du gaz atteigne une valeur eue 1'électro-filtre 22 et le ventilateur 23 qui lui fait suite peuvent encore supporter. On évitera, pour les raison évoquées dans le préambule, la Zone de températures située entre 200 et 300 C environ, tandis qu'une température de 350 C envi- ron avec un degré d'humidité suffisamment élevé donne de bons résul- tats, aussi bien du point de vue de l'économie thermique que de l'ef- fet de séparation dans 1' électro-filtre.
La Figure 4 montre une autre forme d'exécution du disposi- tif de la figure 3. Sur la figure 4, le courant gazeux'chaud sortant
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du four tubulaire rotatif 1 passe par la conduite de gaz brûlée 31 dans un cyclone 32.
Le courut gazeux sortant de et dernier arrive
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par une conduite 23 dans un cycles 24 et de là# par la conduite 35# dans un troisième cyclone 36. Le courant gazeux passe ensuite par la
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conduite 37 dans deux cyclone montas en parallèles 38 et 39, d'où il est envoyé à l'atmosphère par un ventilateur 37* Ce système de cy- clone, appelé aussi "système d'échangeur de chaleur ïumbo.dt" est supposé connu et a pour but d'augmenter le rendement thermique dans .Le traitement de produite bruts en grains fins, en utilisant dans une large mesure la chaleur encore contenue dans les gaz brûlés, et
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d'arriver, par exemple lors de la cuisson du ciment,
à une d"&c1d1- fication préalable de la farine de ciment introduite par le cyclone dans le four tubulaire rotatif. Contrai M'eut à ce qui se passe dans les longs fours rotatifs utilisés jusqu'ici dans la fabrication du ciment après le séchage et dont la consommation de calories se
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situe entre 1200 et 1500 kcal par kg de klinken, la consommation de chaleur peut de cette façon être réduite jusqu'à 750 kcal par kg de klinker avec des moyens particulièrement simples, suivant le dis- positif , et notamment sans organes en mouvement.
La farine brute de
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ciment séparée dans les cyclones 34, 36 et 38, 39 est introduite dant la conduite de gaz conduisant au cyclone précédent, vu dans le sens d'écoulement du courant gazeux chaud, et amenée en sortant du cyclont 32, par une conduite 40, dans le four tubulaire rotatif 1. La farine brute de ciment est donc transférée dans la conduite 33 par un tuyau 41 et dans la conduite 31 par un tuyau 42. La farine de ciment frai- che est amende d'un silo non représenté, par une vis transporteuse 43 et une écluse cellulaire 44, dans la conduite 37 où est également injectée l'eau amenée par une tuyauterie 45. La farine brute arrivant
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dans la conduite 35 est extraite des deux cyclones '8 et 39 qui cor- respondent au cyclone 5 de la figure 3.
Dans le système lrt question, il est apportun de subdiviser ces étages de cyclones de la Manière représentée, afin d'obtenir un meilleur effet de dépoussiérage pré- liminaire car, comme on le lait, les petits cyclones ont un meilleur
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rendement de séparation que les grande. Par ailleurs, le mode de
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fonctionnement de Isinitallation de la figure 4 est en principe le mbme que celui de l'installation de la figure 3 et en particulier, aussi au point, de vue du dépoussiérage dans 1)électro-tiltre 469 La figure $ représente une installation de tours tubulairll rotatifs avec un systéme d4ohangotur de chaleur Humboldt correspon- dant à la figure 4.
Dans cette installation, une conduite de gaz 48 partant du ventilateur à el brU4 47' dont lsRirâtton *et raccor- dét aux sorties de gax épurd des cyclones 38 et 3V# monte verticale- ment 3u.qu'A un cyclone supplémentaire 49, dont les gaz perdus sont refoulés dans 10&tmoophère on passant par un 41*ctro-tiltre eo et un ventilateur 51. Dans la conduite 46 conduisant verticalement au cyclone 49, est injecté un produit brut en graine fins, par exemple de la farine brute de ciment amener par une vis transporteuse 52 et une écluse cellulaire 53. On peu plus haut, on injecte de l'eau, ame née par la tuyauterie 54, qui se vaporise très rapidement nous l'ac- tion des gaz bruina et de la farine brute qui est ici déjà échauffée.
La farine brute séchée et portée à une température de 120*C environ et sortant du cyclone 49 est introduite par une tuyauterie 55 et une écluse cellulaire 56 dans la conduite de gaz 37 du système d'échan- geur de chaleur. Le ventilateur est avantageusement installé sur une passerelle inférieure, tandis oue le cyclone 49 est monté au-dessus du cyclone 36. On veille ainsi, d'une part, à ce que la conduite 48 ait une longueur telle qu'une évaporation complète de l'eau injectée soit assurée avant que les gaz atteignent le cyclone 49 et d'autre part, il est possible d'envoyer ainsi par la gravité, dans les étagea[ de cyclones 38 et 39, la farine brute séparée dans le cyclone 49.
L'invention ne se limite pas aux exemples d'exécution re- présentas et décrits. Il est possible en particulier d'envisager une combinaison des installations représentées aux figures 4 et 5 de
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manière" obtenir une humidification aussi bien dans la conduite J7, suivant la figure 4, qu'une humidification supplémentaire dans la conduite 48 de la figure
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De même, l'application de l'invention se ne limite pas à .L'humidification de gaz chauds avec de l'eau, mais on peut également l'utiliser pour d'autres traitements chimiques ou physiques, par exer pie par injection d'huile dans un courant de gaz.
L'invention permet de résoudre d'une manière particulière- ment avantageuse le problème de *' introduction de liquides dans des gaz chauds et son application permet donc, sans formation supplémen- taire Indésirable de schlammes et sans formation de dépôts et d'in- crustations dans .systèmes tabulaires, de dominer les problèmes de dépoussiérage ou d'autres problèmes se présentant dans les courants de gaz chauds et qui ne pouvaient pas être résolus dans l'état connu de la technique.
En outre, il n'est pas indispensable que l'injection de liquide et la vaporisation ultérieure de celui-ci avec l'aidé d'une matière solide introduite dans le courant de gas s'effectue dans un tuyau vertical ininterrompu et continu. Au contraire on peut injec' ter le liquide dans une installation spéciale, intercalée sur le pas-; sage du courant de gaz et dans laquelle les gouttelettes de liquide sont brassées avec le courant de gaz chargé de matières solides. Une telle installation peut avoir par exemple la forme d'un sécheur connu, dans lequel le produit à sécher est traite en suspension dans ! un courant de gaz chauds.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour refroidir et humidifier un courant de gaz chauds par injection d'eau ou d'autres liquides, en particulier pour améliorer 1' électro-dépoussiérage du courant de gaz ou pour ménager les installations traversées, comme les filtres à Manche, ventilateurs, etc., caractérisé en ce qu'on introduit dans le courant de gaz chauds une matière solide en grains fins, en plus du liquide introduit sous une forme finement répartie.