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Procédé et dispositif de chauffage de chaudières ou de toux*$
La présente invention a pour objet un procédé et dispositif ppur le chauffage de onaudières ou de fours, en particulier des fours utilisés en aciérie, dans lesquels on chauffe l'acier avant sa mine en forme /par ample sur un laminoir/ à l'aide d'une fiasse ou de plusieurs flammes ayant une température réglable et qui sont produites par la combustion d'un ou de plusieurs combustibles dans le four*
L'invention vise,
d'une parti l'amélioration écono- mique du chauffage et, d'autre part, la suppression des influences nuisible qu'exercent les processus chimiques qui s'accomplissent pendant le chauffage dans la chambre à flamme.
Etant donné que les condition* techniques les plus difficiles du chaffage se présentent en gagerai dans les
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fours dans lesquels on chauffe les billettes d'acier ou de l'acier brut à la température de laminage, 1* invention est
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décrite ci-après pour une toile mine en oeuvre, naistbien entendu, elle peut aussi jttre appliquée avantageusement à des fours et des chaudières d'un autre typo.
Dans les tours où l'on chauffe des pièces d'acier
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pour leur nixe en forme ultérieure par exeopla peur les forger les laminer les travailler à la presse* eto .., ce est obligé d'obtenir un bon .rendement du tour, un boa chauf- rage entier du matériau, ceci pour une consommation de com-
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bustible aussi modérée que pbeaible et surtout avec une formation faible de battitures /perte d'Mier par oxydation/* Il est donc avantageux de efcauf fer le four avoe ua aoabuxt2- ,
blé peu coûteux par exemple- un "tout de viscosité élevée
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et d'usé teneur notable en soufre* On peut améliorer le rendement du four, principalement en augmentant sa tempéra-
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ture, mais cela accentue considérablement la formation des battitures /oxydation de l'acier/.
De .mime, les pertes par oxydation de l'acier augmentent rapidement quand 04 renfozoe dans 1$ chambre- du four 109:tols d'air pour réaliser une bonne combustion! du combustible* Four donner un aperçu de l'effet très nuisible économiquement de la formation des
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battitures, on indique qu'une formation de 1 X de cew batti- tures correspond a peu pris à la valeur de 4Û % du mazoute de aorte que l'abaissement du taux de battitures est éco" nomiquement très important, ..d'autant plus que ces battlturts bouchant habituellement rapi4m*nt les fours ce qui abaisse conaidérablement la durée uiiie de leur fonctionnement par suite des nettoyages indispensables* Ce phénomène est par* ticulierement désagréable quand oat utilise des combustibles contenant soufre,
car ce -soufre présente habituellement' contenant aoufre, car ce-aoufre ppéaente tuellsai.ab'
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sous forme de 88 daas la chambre a flamme au four ti jet hydrogène sulfuré forme avec les battitures an euteetiqos de point de fusion bas, ce qui aboutit rapidement au bouchage du :Cour
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Dans les pmc>446b do chauffe utilise habituellement, on cherchait comme on la sait surtout à économiser du cou- buattble et m6lanò:r ce combustible aussi parfaitement que possible dans le brûleur avec l'air de combustion.
On injec-
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tait ce mélange dons la chambre de chauffe dit tour eu il devait brûler avec une longueur déterminée de la floame Dans la pratique, cependant, et mélange dans le brûleur n'est jamais parfait, de sorte que le mélange se poursuit dans la
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chambre il flamme du four* Cela aboutit a une diminution de l'efficacité de la combustion et, de ce fait., on était obligé d'introduire un excès renforcé d'air pour pouvoir
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brûler le combustîtlo avec la longueur de flamme prédéterminée dans la chambre à flamme.
Cet excès renforcé d' air détruit cependant encore davantage l'efficacité du chauffage et augmente mène la quantité des battitures.
En faisant des recherches sur ces conditions et
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phénomènes compliqués, la demandresse a trouvé que la formation des battitures est influencée considérablement par l'homogénéité de l'atmosphère régnant dans le four, donc par la composition uniforme des gas dans la chambre à
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flamme de celui-ci. Dans le cas d'une atmosphère non hazan- gène dans le four, le laboratoire de celui-ci contient plus d'oxygène libre que' la quantité corspondant a l'excès d'air, de plus il s'y trouve du gaz non brûlé et quand le combusti- ble contient du soufre, ce dernier est présent sous forme de H2S, ce qui produit notoirement une attaque de l'acier.
Dans une atmosphère homogène par contre, le soufre est brûlé en formant du SO2, lequel exerce sur l'acier une influence
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nettement moins nuisible -
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Ces constatations.ont permis de mettre au point vu procédé de chauffe permettant d'éviter les inconvénients,, précités d' une façon qu'on n'avait jamais réalisée aupara- vant. Conformément a l'invention, ou obtient ce résultai
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en introduisant dans 1*,jout un mélange a-ai, fret àoaq. gène, conjointement avec un excès d'air :
table ne encore atteint. On obtient ainsi une homogénéité de l'atmosphère
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du four, jamais obtenue auparavant, et une oombustion réglée de manière appropriée. Le procédé cour*= a l'invention permet donc non seulement une économie de combustible, mais aussi l'utilisation de combustibles contenant du soufre De plus, on abaisse, pour une même température du four, considérablement la formation des battitures, par exemple
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de 20 40 %,
tous ces avantages pouvant obtenue ! même quand on utilise des combustibles bon marohé. Srtoe au procédé de chauffe de l'invention, ce peut obtenir pour unmême rendement du four une formation fable de battitures, laquelle on n'était jamais parvenu, ou pour taux de battitures identique un rendement élevé du four non encore atteint, ' ainsi qu'un fonctionnement, quelconque ces
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deux limites, c'est-à-dire moins de battitures peur un rendement accru du four,
tous ces avantages résultant du réglage approprié de la température du four. Un perfection-
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nemeat considérable du procédé de l'3.nvent3.o-ar.ide égale- ment dans le fait qu'on peut utiliser un ob4u:ri,ge combiné, c'est-t-dire simultanément plusieurs combustibles, et aussi utiliser pour le chauffage -les gaz de hauts ta ?",ra= qui sont disponibles en des quantités très variable, soit con- jointement avec du mazout, soit conjointement 00 d'autres gaz.
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On obtient conformément; a l'intention tous les avantagea précités, du fait qu'on mélange au moins au com- bustible en plusieurs stades avec l'air de combustion, mais '
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an formant un courant turbulent de %tas direction, de façon ' que le mélange se produise dans le premier atade sans inter- vention d'une combustion, de préférence dans un mélangeur- diffuseur;
dans le deuxième stade, on produit une combustion! partielle d' au moins un des combustibles, combustion pro- duite dans une chambre de réaction ayant la forme d'un corps de révolution, de préférence une forme cylindrique* La longueur de la chambre de réaction doit se monter dans ce cas au moins 1,5 fois sons plus grand diamètre Apres que
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le mélange gazeux a parcouru dans un mouvement U61ioo%dal un certain trajet au long des parois de la chambre de réac- tion chauffée à 600-1400 0 et constitue un gaz ayant une valeur calorifique de 1300 à 2800 calories, on produit dans le stade suivant une introduction d'air,
de manière que l'excès d'air dans la flamme brûlant dans la chambre de chauffe /calculé par rapport à la quantité totale du combus- tible/ soit au maximum de 25 % et avantageusement de 5 à 15 %, ceci pour une atmosphère pratiquement homogène dans la chambre de chauffe.
Dans la description ci-'dessus et dans celle qui va suivre, le terme "pratiquement homogène" désigne une at-
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mosphère régnant dans le chambre de jottauff e, dans laquelle les compositions des gas sont guère différenteaoor di- vers échantiollona prélevés au long " ,,,a flamme dans la chambre de chauffa. La teneur en 002 mélange Gazeux"est la plus importante caractéristique de la composition de cet gaz. Quand il s' agit d'une atmosphère pratiquement homogène,
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cette teneur en COZ des divers échantillons ne doit par présauter des écarts dépassant 1,5 à 2,5 %.
Une telle atapaphere
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homogène représente un perfectionnement? considérable par rapport aux chauffages antérieurs, dans lesquels on ne pouvait pas observer des écarts inférieurs à 4 % de {la teneur en 002 pour des échantillons différents prélevés à divers emplace- monts. De même l'excès d'air utilisé conformément à l'inven- tion reste très faible. Jusqu'ici les installations de ohauf- fage au mazout, surtout lors de l'utilisation d'huiles lourdes de chauffe exigeaient un excès d'air de 25 à 50 %, tandis que conformément à l'invention, on peut utiliser en général un excès d'air ne dépassant pas 10 à 20 %.
Pour des installations de chauffage au gaz, l'excès d'air utilisé habituellement se montait à 15-25 %, tandis que dans le procédé de l'invention, un excès d'air de 5 à 15 % est suffisant.
Dans les installa- tions chauffées à la poussière de charbon, on se servait jusqu'ici généralement d'un excès d'air de 25 à 40 %, tandis que le procédé de l'invention permet de la restreindre a 15- 25 %. Cette réduction de l'excès d'air améliore de façon connue considérablement le rendement du chauffage et, du fait que le combustible est entièrement brûlé malgré l'excès faible d'air, même si la flamme est relativement courte, le procédé de l'invention ne nécessite aucun agrandissement en longueur du four.
Du point de vue économique, il estindiqué d'utili- ser comme combustible, qui est mélangé dans le premier stade sans combustion avec de l'air, une huile assez lourde et peu coûteuse d'une teneur importante en soufre à la place du gas- oil beaucoup plus cher qu'on utilisait jusqu'à présent dans ce but;
on peut, cependant, également utiliser la poussière de charbon ou un gaz la place.des huiles précitées. Le gas utilisé comme combustible, qui peut être d'ailleurs un gaz différent de celui qu'on mélange avec l'air.dans le premier stade, est ou bien injecté dans' la chambre de réaction, ou
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mélangé avec le courant gazeux sortant de la chambre de réac- tion. Cependant, ce mélange *et toujours opéré dans la même direction que le courant tourbillonnaire servant a mélanger le combustible avec l'air dans le premier stade.
Le bon Plonge dans la chambre de réaction peut, en outre, être amélioré du fait qu'on insuffle le combustible solide ou liquide axialement dans la chambre de réaction et à une vitesse qui est supérieurs au moins un ordre de grandeur à la vîtes d'écoulement du mélange jusque dans la chambre de réaction, mesurée en direction axiale* On peut encore favoriser la bonne carburation et le bon.mélange dans la chambre de réaction du fait que la section de la chambre de réaction en direction de sa longueur reste au moins approximativement constante ou s'accroît d'une manière bien moins importante que l'augmenta- tion de volume des gaz qui y circulent, cette augmentation de volume étant due réchauffement.
La combustion complète des gaz sortant de la chambre de réaction peut être améliorée, si on mélange de l'air préchauffé avec ces gaz. Quand le pré- chauffage de l'air est obtenu par écoulement de l'air au long de la paroi extérieure de la chambre de réaction, on obtient, d'une part un refroidissement de cette chambre et on profite, d'autre part, de la quantité de chaleur disponible cet endroits Si le cas échéant, on obtient une température de la flamme supérieure à celle qui est nécessaire, -on peut injecter dans le mélange gazeux sortant de la chambre de réaction un gaz pauvre en oxygène,
par exemple un gaz de chameaux. L'ex- périence enseigne qu'on peut améliorer le bon mélange de tous les constituants en l'effectuant dans un mélageur, dans lequel on introduit l'air ou, respectivement, le gaz tangentiellement alon un courant tourbillonnaire de même direction et en raccordant directement un diffuseur à ce mélangeur.
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La caractéristique essentielle du proche de l'in- vention résida par conséquent dans le fait qu'on utilise une combinaison des moyens décrits ci-dessus pour obtenir un mélange parfait du gaz et de l'air, même quand on brûle des combustibles solides ou liquides, et qu'on brûle ce mélange homogène de gaz et d'air dans la chaudière ou dans le four en présence d'un *zoés d'air si faible qu'il était jusqu'ici rendu pratiquement impossible, ceci en respectant des condi-' tions qui assurent l'existence d'une atmosphère homogène dans le rosier et la longueur désirable de la flamme.
Il est réel- lement surprenant qu'on puisse réaliser conjointement tout ces effets favorables, mais'ce résultat est entièrement confir- mé par les expériences pratiques.
On mentionne à titre d'exemple que dans un four mobile d'un laminoir de plaque... pour lequel on ne pouvait utiliser jusqu'ici uniquement du gaz de générateur et un chauffage complémentaire au mazout et ou le four se bouchait prématurément par suite de la forte production de battitures et de l'augmentation du pouvoir calorifique provenant dos huiles utilisées comme combustibles, le procédé de l'invention comporte les avantages ci-après! le coût du combustible se trouve abaissé de 20 %, du fait qu'on utilise une plus forte proportion d'une huile meilleur marché; la consommation spéci- tique totale des calories s'abaisse d'environ 5 %;
la durée d'utilisation du four augmente d'environ 30 à 50 %, cette durée étant fonction de l'importance des battitures la perte par oxydation et combustion de l'acier s'abaisse également de 15 à 25 %.
Quand on effectue un essai témoin avec une chaudière en comparant le chauffage habituel au mazout avec un chauffage au mazout conforme à l'invention et on utilisant pour deux chaudières de même type, grandeur et fonctionnement, dans
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l'une le chauffée conforme à l'invention, on obtient les résultats ci-après la chaudière chauffée conformément à l'invention présente un rendement amélioré de 10 à 12 % et sa puissance augmente depuis 4 à 5 tonnes/heure. jusqu'à 7 à 8 tonnes/heure@ les autres conditions de mares restant inchangées.
On peut mettre en oeuvre le procédé de l'inven- tion en utilisant divers dispositifs présentant cependant les caractéristiques communes ci-après ils comportent une chambre de réaction ayant la forme d'un corps de révolution. garnie d'un matériau réfractaire, dont la longueur se trente à au moins 1,5 fois et mieux encore 3 à 5 fois le plus grand diamètre. A l'une des extrémités de cette chambre de réaction, on monte des dispositifs d'injection du combustible en direo- tion axiale de la chambre, ainsi que périphériquement autour de l'orifice d'injection des buses d'insufflation d'air, dont les axes forment un angle aigu avec l'axe longitudinal de la chambre de réaction, sans toutefois le couper.
En marne temps, la partie antérieure de la chambre de réaction, qui sert à l'injection du combustible, constitue avantageusement un mélangeur-diffuseur, la chambre de réaction étant elle-même entourée d'une enveloppe de refroidissement par l'air, dont le manchon d'entrée destiné à l'air est placé de préférence au voisinage de l'extrémité de la chambre de réaction qui porte les organes d'injection du combustible, tandis que l'au- tre extrémité de la chambre de réaction fait suite à la chan- bre de flamme de la chaudière ou du four à chauffer, avec des organes supplémentaires d'insufflation d'air et un mélangeur- diffuseur.
On peut également raccorder directement les deux parties, la chambre de réaction formant un tout avec la chau- dière ou le four, quand les dimensions de la chambre de réac-
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tien sont relativement restreintes.
Sur le dessin annexée on a représenté à titre non limitatif le mode de construction et quelques exemples de mis, en oeuvre de l'invention. Sur ce dessin : les fig. 1 à 3 sont des coupes longitudinales et axiales laissant voir le détail du dispositif; les fige 4 a 7 représentent le dispositif combiné ,.' avec un four Martini la fige 8 est une coupe longitudinale et axiale d'un dispositif de chauffage combiné; la fige 9 est une coupe longitudinale et axiale du premier stade d'un dispositif de chauffage .. la poussière il } de charbon; les fig. 10 à 14 sont des coupes axiales de dispositifs pour le chauffage combiné;
la fig. 14 est un schéma d'un mode de construo- tion d'un four, dont le chauffage comporte un retour des gaz de carneaux; la fige 15 indique schématiquement une variante du dispositif de lafig. 14: la fige 16 est un schéma d'un chauffage au masout et aux gaz, de hauts-fourneaux avec retour des gaz de oameaux et réglage automatique; les fige 17 et 18, enfin, indiquent schématique- ment un dispositif de chauffage d'un four, dans lequel le combustible gazifié dans la même chambre de réaction est mélangé dans plusieurs brûleurs avec l'air qui est nécessaire pour sa combustion complète, ces brûleurs servant au chauf- rage du four.
Dans le dispositif représenté sur la fige 1, qui est destiné surtout des essais et à des opérations de réglage, le gicleur 1 d'une .construction connue quelconque
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est monté dans un manchon 2, dans lequel on insuffle de l'air.au moyen d'un ajutage 3. L'injection du mazout se fait par un ajutage ± et l'entrée de l'agent de pulvérisa- tion, par exemple de vapeur ou d'air comprimé, .se fait par un ajutage 5. Depuis le manchon 2, l'air insufflé pénètre par des buses 6 dans le mélangeur du dispositif.
La pression @ de l'air doit être suffisante pour qu'il passe en turbillon- nant à travers la chambre de réaction, ceci à une vitesse @ qui atteint avantageusement en direction axiale 20 à 30 m/sec. et au moins 10 m/sec. La vitesse d'écoulement du mazout in- jecté en direction axiale doit, cependant, être nettement plus grande, c'est-à-dire d'au moins 50 m/sec. et de préfé- rence beaucoup plus grande, par exemple de 200 m/sec.
Le mouvement tourbillonnaire de l'air est obtenu en donnant aux buses 6 la forme incurvée, représentée sur le dessin, leurs sorties formant avec l'axe longitudinal de la chambre de ré- action des angles aigus sans toutefois couper cet axe. Ces buses 6 sont montées symétriquement autour de la sortie du gicleur 1 et peuvent être déplacées en direction longitudi- nale à l'aide de tiges 7, tout en pouvant tourner autour de leur axe, de sorte qu'on peut régler ces buses à'tout moment pour obtenir le mouvement tourbillonnaire désiré.
La rotation des buses est effectuée avantageusement à l'aide d'une cou- ronne dentée 8, qui s'insère dans des pignons 9 clavetés sur les tiges 7 et peut être actionnée à l' aide d' une roue dentée.
10. Les buses 6 sont de préférence échangeables, de sorte qu'on peut utiliser dans le dispositif des buses de formes et de dimensions différentes, ces dimensions et l'angle d'in- clinaison pouvant être éventuellement différents d'une buse à l'autre. On peut également régler ces buses de façon que les courants de l'air sortant frappent le jet de combustible à des emplacements différents.
On peut même rendre tour-
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billonnant le jet de combustible, quand l'angle *et faible, de sorte que ce dispositif permet d'obtenir un très boa mé- lange du jet de combustible pulvérisé avec l'air insufflé, car le gicleur 1 est avantageusement coulissable en di- rection axiale dans son logeaient.
La fig. 1 indique que le mélange s'effectue dans un mélangeur, qui est directement raccordé à un diffuseur 11, de dernier aboutissant à une chambre de réaction 11a d'un- diamètre 'constant
Le paroi de la chambre de réaction cylindrique 11a est faite d'un matériau réfractaire 12, par exemple de terre réfractaire ou de magnésite de chrome comprimée, cette paroi étant entourée d'une enveloppe isolante 13, qui peut être en amiante ou en brique 'isolante et recouverte à son tour d'une enveloppe 14. L'enveloppe isolante 13 est en- tourée d'une chemise de refroidissement à air 15, dans laquelle on insuffle de l'air par l'ajutage 16.
On voit sur la figure que la longueur axiale de la chambre de réaction 11a est beaucoup plus grande .et atteint environ 5 fois le diamètre intérieur de la partie cylindrique
A partir de l'enveloppe de refroidissement 15, l'air réchauffé s'écoule par -les buses 18 qui sont prévues dans la face frontale 17 de cette enveloppe. La construc- tion et la disposition de ces buses sont analogues à celles des buses 6 et elles peuvent légalement être déplacées à l'aide de tiges 19 et de roues dentées 20, 21 et 22 et échangées après enlèvement dû couvercle 23, tout aussi bien que les buses 6 après enlèvement du couvercle 24.
L'air insufflé par l'ajutage 16 et passant dans l'enveloppe 15 de refroidissement s'écoule par conséquent par les buses 18 et pénètre dans le mélangeur du deuxième stade de mélange, mélangeur auquel est à nouveau raccordé un diffuseur. L'en-
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veloppe de refroidissement est raccordée à 1'élément: 25 formant le mélangeur-diffuseur et constituée par un maté- riau réfractaire, ceci au moyen de la bride 26 et de la bride 15a de l'enveloppe 15 de refroidissement. L'élément 25 est à son tour fixé et encastré dans la maçonnerie de la chaudière ou du four, qui ne sont pas représenté sur le dessin.
Le dispositif indiqué sur la tige 2 ne se distin- que de celui de la fig. 1 que par le fait que les buses mélangeuses mobiles sont remplacées par des bagues échan- geables portant des alésages appropriés. Les axes longitu- dinaux de ces alésages forment par conséquent avec l'axe de la chambre de réaction des angles aigus, sans couper ledit axe, de sorte que l'air insufflé par ces alésages est pro- jeté avec un mouvement tourbillonnaire dans le mélangeur.
Dans ce dispositif, la paroi 12 réfractaire de la chambre de réaction 11a comporte une enveloppe 13 isolante recou- verte à son tour d'une enveloppe 14. L'air, qui passe dans la chambre 15, passe dans les alésages de la bague 27 et pénètre dans le mélangeur, c'est-à-dire dans l'intérieur de l'élément 25. Cet élément 25 porte une bride 26, à laquelle fait suite la bride 15a de l'enveloppe de refroidissement.
Le jet de combustible sortant du gicleur 1 se: mélange avec l'air qui s'écoule des alésages de la bague 28. Les bagues 27 et 28 sont montées de manière échangeable. En outre, on peut utiliser aussi bien dansla dispositif de la fige 1 que dans celui de la fige 2, à la place d'une huile de chauffage contenant du soufre, également un gaz de chauffage contenant du soufre, qu'on injecte dans la chambre de réaction.
Sur la fige 3, on a représenté un dispositif de chauffe avec un gaz contenant du soufre, gaz qu'on injecte, a travers un ajutage 29. L'air, qu'on doit mélangea avec le gaz,
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pénètre par l'ajutage 3 dans l'espace délimité par l'enve-
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loppe 2 et se mélange, en passant avec oub.l3.onnemenl travers les alésages de la bague 28 avec le gaz passant dans le tube 29 pour pénétrer-dans le mélangeur court et
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de là dans le diffuseur 11. La chambre de réaction lla est entourée d'une paroi 12 en matière réfractaire, portant une garniture isolante 13 et sur celle-ci une enveloppe 14.
Dans l'espace entre les enveloppes 14 et 30, l'air entre par un ajutage 16 et, a sa sortie à travers les alésages de la bague 27, il pénètre dans le deuxième mélangeur-diffu-
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saur, dont le corps 25'on matière réfractaire est raccordé l'aide d'une bride 26 à la chambre de réaction, 11. Dans toue les dispositifs préitéa,-la chaleur développée dans la chambre de réaction est on peut dire complètement utili- sée, car l'air, qui circule autour de la chambre de réaction, . est insufflé dans la chambre de combustion.
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L'utilisation des dispositifs conférâtes a l'inven- tion pour des fours Martin est, représentée sur leu fîg, 4 â 7, car l'installation conforme.a l'invention peut égaiement servir au chauffage des fours précités avec du gaz généra- tour contenant du soufre ou avec un combustible contenant du soufre.
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Conformément a l'invention, on monte à la tête du four Martin 31 un dispositif de ce genre ou plusieurs de ces dispositifs. De la le gaz pénètre dans la tête 32 du four ou il est mélangé avec l'airnécessaire pour la cent. bustion complète.
En conséquence, on mélange toujours dans la tête du four le gaz avec de l'air, que ce soit du gar de généra-
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tour ou de l'huile gaatitléop contrairement aux diapositive de chauffe utilisés jusqu'ici, dans lesquels on injectait
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lors de l'utilisation d'une huile comme combustible dans l'air un jet d'huile à l'état pulvérisé.
Dans les fours Martin chauffés au mazout ou à l'huile, on préchauffe généralement l'air. Quand on utilise pour de tels fours le dispositif conforme à l'invention, il est indiqué de mélanger à l'air, qui pénètre dans la four sous une pression relativement faible et à une vitesse peu élevée, le gaz chaud provenant de la chambre de éaction du disposi- tif sous une pression plus élevée et à une vitesse plus considérable et d'accélérer ainsi, grâce à cette différence de vitesse, la combustion du gaz.
Il en résulte que le mélange du gaz avec l'air ne peut pas se faire au même endroit auquel on injectait jusqu'ici dans les fours chauffés au mazout le jet de mazout dans la tête du four ou dans le cou- rant d'air, car il se produirait à cet endroit des tempéra- tures très élevées. De ce fait, on est obligé d'introduire dans le four le gaz sortant de la chambre du réaction du dispositif à un endroit qui est plus rapproché de la chambre de combustion du four.
La grande vitesse, qui anime le gaz aprtant de la chambre de réaction du dispositif Conforme à l'invention, exige qu'on divise le jet de gaz en deux ou plus de deux parties et qu'on mélange ce gaz avec l'air, car de cette façon, on peut obtenir des conditions améliorées de la combustion et une atmosphère plus homogène dans le four.
Sur la fig. 4, on a représenté une vue prise pardessus d'un dispositif présentant les caractéristiques 'précitées* De part et d'autre, des canaux 33 et 34 aboutissent dans la tête 32 d'un four Martin, de façon que les axes de ces ca- naux se coupent l'entrée de la chambre de combustion 35.
Ces canaux 33 et 34 forment les chambres de réaction des @ dispositifs conformes à l'invention, dans lesquelles on in-
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Produit le combustible par, un6 tubulure 4 et l'agent de pulvérisation par une tubulure 5, tandis que 18#1i 'y pénètre par le manchon 3. L'air préchauffé, qui sert? brut,- le' gaz produit dans le dispositif', est injecté par un canal z.
Dans le d.ap6$it.t conforme la 3.g, 4, les courants ga- zour produits dans les deux dispositifs se reaooofereat a un endroit où ils ne touchent pas' le bain d*&Cer 3.iqf4é, tmaîn se mélangent intimement zei l'air ah4ud qui provient du régénérateur du four Hartin et qui est introduit? P*r le. canal 36.
Le.dispositif conforme à la i".ß. 5* qui représente
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une vue latérale partielle, comporte en plue des deux cana=
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33 et 34 visibles sur la fig. 41 encore un canal mipplémeni- taire ou une chambre de réaction 3?, qui sont disposée de façon que troie gourants de gaz pénètrent de cette manière danz la tête du four 32, dont deux sont des courants de gaz latéraux et le troisième est injecté du haut oonforaérnent
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au dispositif indiqué sur la tige 5. L'air chaud provenant du régénérateur est introduit dans ce cas également par un canal 36.
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Dans le dispositif représenté sur la fig* 6 en vue latérale et sur la fig. 7 en vue prise par-dessus, les
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deux dispositifs conformes l'invention sont placés cote
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a cote, de sorte que les chambres de réaction 38 et 39 sont
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juxtaposées. Le gaz produit dans ces dispositifs est amené
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par le canal 36 dans le courant d'air chaud venant du réglé- nérutour, ce qui crée également des conditions favorables
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a une bonne combustion.
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Darm les dispositifs correspondant aux fig 4 à ?, les dimensions des chambres de réaction du dispositif coa- fonao'a l'invention, ainsi que la pression de l'air entrant
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sont choisies de façon que le gaz passa dans les chamores de réaction a une vitesse supérieure à 10 m/sec., avantageusement une vitesse de 25-35 m/sec. Pour la reste, ces dispositifs peuvent également prendre la forme représentée sur les fig. 1 à 3, sauf la différence que dans les dispositifs des fige 4 à 7 le mélange-diffuseur placé après la chambre de réaction et l'introduction d'air secondaire deviennent superflue.
En outre, ces dispositifs permettent d'utiliser avantageusement l'air chaud s'écoulant autour des chambres de roaction pour pulvériser le combustible ou pour former l'air primaire qu on mélange dans la première phase avec le combusti de, ou encore pour les introduire dans l'injecteur, dont la description est donnée plus loin.
Dans les dispositifs répondant aux fige 4 à 7, on peut aussi utiliser, à la place du mazout, des gaz indus- triels contenant du soufre pour le chauffage. Dans ce cas,il faut cependant agrandir les dimensions de la chambre de réac- tion, pour tenir compte de la teneur enazote du gaz de chauffe, comparativement à un chauffage au mazout. Dans les disposi- tifs conformes à l'invention, on peut d'ailleur utiliser tous les gaz industriels brûlant avec flamme incolore, par exemple les gaz de hauts-fourmaux ou les gaz naturels mélangés, ou la gaz naturel pur qui brûle avec une flamme lumineuse et rayonnante.
Dans les dispositifs conformes aux fig. 4 à 7, il peut en outre être indiqué d'aspirer une partie de l'air chau4 sortant de la chambre de régénérateur au moyen d'un injecteur alimenté par l'air froid, d'utiliser dans l'instal- lation l'air moins chaud provenant de ce mélange d'air chaud et d'air froid.
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Le dispositif représenté suri la fig. 8 du zamia est destiné à une chauffage combinée c'est-à-dire un auf- fage au mazout et au gaze On introduit dans l'injeotoul""o mazout 1 le combustible par une tubulure 4 et l'agent de * pulvérisation par une tubulure,5.,Llinjeoteur est incorporé à h. un tube 40, qui porte une bride -1. On injecte l'air par\ un manchon 3 et on Mélange cet air au moyen des alésages pratiqués dans la bague 28 avec le jet de combustible pulvé- risé, le mélange pénétrant dans la chambre de réaction lia,
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dont la paroi 12 faite de matière ré:rractalre est entourée de l'caveloppe 13 isolante et d'une autre enveloppe 14.
' a3s insufflé par le manchon 16 circule au long de cette enveloppe métallique entre les parois 14 et 30$ puis s,é- , ahappe par les alésages pratiqués dans la bague 27. Un autre manchon 42 sert a introduire dans la chambre délimitée par les parois 30 et '44 un autre gaz combustible, par exemple un gaz de haut-fourneau, qui -pénètre par des alésages de la bague 43 dans le mélangeur 45. Tous ce$ alésages sont dispo-
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ses et calibrés de façon qtiele gaz soit amené tengentielle- ment travers ces alésages,maie a une vitesse moindre que celle du gaz sortant de la chambre de réaction.
L'angle d'inclinataon 1'5 des axes de ces alésages, par rapport a l'axe de la chambre de réaction 11a, est avantageusement plus grand que l'angle d'inclinaison des axes des alésages destin- nés à la sortie de l'air, par rapport à la. ligne axiale de la chambre de réaction; de plus, tous ces alésages sont disposés do façon que le courant du gaz sortant soit mélangé par un mouvement tourbillonnaire de marne direction avec le
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courant de gaz sortant de la'chambre de réaction lia.
La vii- tosse de l'air sortant des alésages de la bague 2? est avan-
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tagousement plus grande que colle du gaz sortant des alésages de la bagua 43 et que celle du gaz sortant de la chambre de réaction
11a. Lorsqu'on établit les dimensions des divers éléments du dispositif, on doit également; tenir compte de la teneur en azote du gaz qui entre par lu manchon 42, afin d'obtenir des conditions favorables a la combustion.
Dans le dispositif indiqué sur la fig. 9, on insuffle par le manchon 29 de la poussière de charbon en suspension dans l'air* En même temps, on insuffle par le manchon 3 l'air qu'on doit mélanger avec le jet de poussière de charbon sortant de la buse 46. Pour le reste, le dispositif peut être identique, par exemple, à celui indiqué sur la fig. 3, ce dernier peuvent d'ailleurs servir a. la combustion de la poussière de charbon insufflée à travers le manchon 29.
Le dispositif représenté sur la fig. 10 est approprié à l'utilisation de mazout et de deux sortes de gaz, dont l'une est injectée par le manchon 42 et l'autre par le manchon 47.
La tubulure 4 sert à l'arrivée du mazout, la tubulure 5 à celle de l'agent de pulvérisation, par exemple de la vapeur ou de l'air comprimé, et la tubulure 3 ainsi que la tubulure 16 sont utilisées comme arrivées d'air. Parmi les manchons 16, 42 et 4? on peut utiliser l'un ou l'autre pour l'injection de l'air, tan- dis que les deux autres servent à introduire chacun un gaz com- buetible déterminé.
On règle la quantité des gaz et de l'air de façon que dans la deuxième chambre 48 de carburation il ne se produise qu'une combustion partielle, par exemple à des tempéra- tures comprises entre 500 0 et 130000, La paroi 49 de cette chambre 48 est également faite d'une matière réfractaire et alla est entourée d'une matière isolante 50, le tout pouvant être monté dès l'abord dans la paroi du four.
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Quand on utilise un tel dispositif,' Par exemple pour chauffer un tour Martin; on peut l'alinenter en plus du mazout avec du gaz de haut-fourneau et du cas naturel, ou avec du gaz de haut-fourneau 'et du gaz de générateur, ou encore avec du gaz de haut-fourneau et du gaz provenant de la chambre de combustion. Dans ce cas, on introduit, par e- xemple, à l'aide de l'ajutage 4 le mazout, a l'aide de l'aju- tage 5 l'agent de pulvérisation, à l'aide du manchon 3 l'air, à travers le manchon 16 également de l'air, a travers le manchon 42 du gaz de haut-fourneau et, enfin, à travers le manchon 47 du gaz naturel.
D'autre part, le manchon 16 sert à l'insufflation d'une quantité suffisante d'air permettant de produire dans la chambre 48 une température de 600 C à 1300 C. On peut également insuffler à travers le manchon 16 éventuellement de l'air chaud provenant du régénérateur et mélangé avec de l'air.
L'avantage d'un tel chauffage combiné réside entre autres dans le fait que, dans la plupart des cas, on peut abaisser sensiblement le coût du combustible et brûler le gaz naturel ou le gas de haut-fourneau avec - . une flamme produisant un rayonnement plus important,
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Le dispositif ocafomae à la t1g.1'OOv141tir également à une chauffe mixte:' dans ce . OA ; mazout par l'ajutage 4 et l'agent de pul , sG.o p* pata?, par Cl ajutage ' 5 dans l'injecter 4e pv' ,'. 11104 .1 rau '! mazout. Le jet de mazout pulvérisé se trouve mélange avet! l'air, passant dans le aanehon, J>% ce aélange s'écoulant ai' travers les aléseges de la bague échangeable 28 hors de \'\ Penv(JlopJe 2.
Lo munchon tubulaire 29 certau passage du \.\ gaz ou do la poussière de charbon en suspe-ision dans le \11; -jet d'air, qui sont mélangés également dam. la chambre de\ mélange 51 avec le jet de mazout pulvérisé - t avec l'air \\
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et brûlés partiellement dans la chambre de réaction 11a, La paroi de la chambre de réaction est également faite d'un matériau réfractaire 12, qui est entouré d'une manière iso- lante 13 logée dans une enveloppe 14. On insuffle dans l'espace existant entre les enveloppes 14 et 30 l'air qui entoure la chambre de réaction, ceci au moyen d'un manchon 16, cet air passant de là à travers les alésages de la bague 27 échangeable dans le mélangeur 45.
Le corps de ce mélangeur et du diffuseur qui lui est raccordé est consti- tué par un matériau réfractaire 25.
Le dispositif conforme a la fig. 12 ne diffère du dispositif représenté sur la fig. 11 que par le fait que, dans ce cas, le mélange gaz-combustible gazefié n'est pas brillé, car le gaz produit dans l'espace entouré par le maté- riau réfractaire 12, gaz dont la température est comprise entre 600 0 et 1300 C, est amené dans le dispositif de chauffe, par exemple dans celui d'un four Martin.
Le dispositif conforma à l'invention peut* également être utilisé, comme on l'a déjà indiqué, pour la*\ simultanée de plusieurs sortes de gaz et il peutêtre alimen- té par du gaz naturel et du gaz de haut-fourneau, du gaz de naturel et du gaz de générateur, du gaz carneau et du gaa de haut-fourneau etc... Un tel dispositif a pour but ou bion de transformer le H2S provenant de la teneur en soufre des gaz en du SO2, afin d'obtenir une flamme plus courte, ou bien d'obtenir la combustion avec flamme lumineuse du gaz qui brûlerait autrement avec une flamme incolore.
Sur la fig. 13, on a représenté un dispositif alimenté avec deux sortes de gaz. L'un de ces gaz est amené à travers des manchons 29 à l'extrémité desquels se trouve une buse 46 échangeable. Le manchon 3 sort insuffler la quantité d'air qui est nécessaire pour obtenir dans la
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chambre de réaction lia une-température de 600 0 A lÒ0 G* Un manchon 42 sert a l'introduction de l'autre ga, qui pénètre alors à travers 3.ta^ alésages de ls bagne q2 éohsn-' goable dana l'espace mélangeur 53.
L'air injecté par le man- chon 16 est réchauffa dans l'espace existant entre les enveloppes 14 et 30 et s'écoule à travers les alésas.. de la bague 27. les alésages des..,bagne$ 28, 52 et 27 sont diapo- sés de façon que l'air ou le gaz qui les traversent passent
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dans un mouvement tourbillonnaire de m$me direction k travers les espaces mélangeurs et la chambre de réaction 11aet que la vitesse des jets d'air passant dans les alésages de la bague 28 soit plus grande que celle des jets de gaz qui
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sortent des alésages' de la bague 52.
De Plus# il est avan- tageux que les angles existant entre les axes des alésages
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de sortie des jets gazeux et les axes de la chambre de réglo- tiou, soient plus grands que les anglos [alpha] existant entre les axes des passages d'air et la ligne axiale de la chambre de réaction.
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Quant on utilise le dispositif conforme à la fige 13 pour un four Martija, les organes 16, >Ot 2? et 17 sont supprimés, étant donné ,que dans ce cas, on prélève sur le régénérateur l'air secondaire qui est nécessaire à la combustion complète des combustibles.
Dans le dispositif représenté sur la fig. 14, on chauffe des pièces d'acier brut ou des billettes 54, 55, 56, etc.. dans le four au moyen du dispositif accessoire,
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dispositif qui peut être, par exemple, analogue à ceux repré- sentes sur les fig. 2 ou 3, .ou constitué par un chauffage au mazout ou 1 la poussière ,de charbon; on introduit le combu-
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stible par l'ajutage 4, l'air à. mélanger dans le premier. - stade par la tubulure 3, ceci en une quantitéréglable au moyan d'un tiroir 57. Cet air est chassé par ua ventilateur
58 à travers une tubulure 59, qui alimente également l'in- jecteur 61 réglable au moyen d'un tiroir 60.
Dans cet injecteur, l'air pur provenant de la tubulure 59 est mélangé avec le gaz de carneau provenant de la tubulure 62 et le mélange pénètre dans l'espace qui entoure la chambre de réaction, puis il est mélangé avec le mazout ga@ifié ou la . poussière de charbon qui sont produits dans la chambre de réaction. Ire gaz de cerneau est insufflé dans le tubulure 62 au moyen d'un ventilateur 63? et se trouve déjà mélangé à de l'airt l'air est aspiré en une quantité qu'on peut régler a l'aide d'un tiroir 64 directement à partir de l'atmosphère.
Le ventilateur 63 aspire le gaz de carneau selon une quantité réglable par un poussoir 65 à partir de la conduite de gaz de carneau 66 du. four 67, avant que cette conduite aboutisse dans la sprtie 68 allant il la cheminée le gaz de carneau se trouvant à ce moment déjà? refroidi au moyen d'un échangeur de chaleur 69* Dans un tel dispositif, on peut par conséquent aspirer à travers la tubulure 16 un mélange . gaz de carneau-air réglé en une proportion détermi- néece qui permet d'équilibrer et de régler aisément la tem- pérature de la flamme et aussi la longueur de celle-ci.
Dans le dispositif conforme à la fige 15, on mélange également du gaz de carneau à l'air secondaire, mais en utilisant un seul ventilateur 70, qui envoie l'air aspiré de l'extérieur, d'une part, comme air primaire à travers un - conduit 59 et en une quantité réglable au moyen d'un tiroir 57 dans le manchon 3 et, d'autre part, dans l'injecteur 61 également en une quantité réglable au moyen d'un tiroir 60,
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cet injecteur envoyant par- le conduit 71 et %e aancboa 16. coma air secondaire de l'air, mélangé avec du gaz de carneau dans l'espèce qui entoure la chambre de réaction.
Ce gaz de
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Carne au est à son tour aspirée a l'état chaud pu Vinjecttur 61 à partir de la dérivation 72 du conduit 66 du Sa$ de carne au, ceci en une quantité réglable au moyen d'un tiroir 73.
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Sur la fig. 16, on a représenté eohéaetiameaent l'ali- mutation en huile gazéifiée,, en gas de aor.r,aa7t, en ga de haut-fourneau et en air d'un dispositif oasormt la fig. 8. On insuffle de l'air par les manchons $ et 16, . et par la tubulure 4 l'agent; de pulvérisation pour l'huile
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'2de chauffe arrivant par la tubulure 5. 1* manchon 42 sort à l'introduction depuis l'injecteur 61 d'un n4l=go de Cas de carneau et de gaz de haut-f ourûeau,tànais2qua .le conduit 174 mlao ce gaz de haut-fourneau et le conduit 7S le gas de earnaau dans l'injecteUr 61.
Pour régler la quantité de gaz de cerneau, on utilise un tiroir 73 et un volet 75 et pour régler la quantité de gaz de haut-fourneau également un tiroir 76. Du fait que la quantité de gaz de haut-fourneau disponible est très variable, on est obligé de replacer par de l'huile les calories qui Manquent quand la quantité de gaz
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de haut-fourneau baisée, s'es.r dire qu'il faut brûler da..
vantage d'huile Pour le réglage automatique du dosage de l'huile, on utilise un régulateur 77, dans lequel la pression
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mormutanée du gaz de haut-fourneau dans le tube 78 produit l'ouverture d'une soupape 79 lors d'une baisse de pression et amène ainsi dans la tubulure 5 davantage d'huile venant
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du conduit 80.
Ce régulateur 77 rg3.e en m8me temps le volet 81 de l' air primaire et le volet 75 du gaz de carneau, ce réglage pouvant être effectué par des moyens électriques, hydrauliques ou mécaniques a l' aide d'organes de réglage 82,
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83, 84, Ce dispositif permet par conséquent d'utiliser pour le chauffage les gaz de haut-fourneau disponibles en des quantités très variables, du fait qu'on utilise te l'huile ! comme agent auxiliaire et qu'on assure la constance de la température de combustion en. dosant la quantité de gaz de carneau. Une telle opération n'était pas possible jusqu'ici.
Sur les fig. 17 et 18, on a indiqué un dispositif dans lequel on amené dans une chambre de réaction commune le gaz d'huile à des brûleurs disposés dans le même four pour brûler ce gaz dans ces brûleurs. Cela permet d'utili- ser oomme combustible des huiles de chauffe très visqueuses, même pour des puissances des brûleurs si faibles, opération qui serait normalement impossible par suite des difficultés de réglage, dans ce cas il fallait jusqu'ici recourir à l'utilisation du gas-cil bien plus coûteux ou même du gaz de ville pour un chauffage de ce genre. -
Selon la fig.
17, qui est une vue schématique et prise sur l'avant du four, la totalité de la chambre de réaction 85 est disposée au milieu et à gauche et à droite les divers canaux 86,87,88 et 89 aboutissent aux différents brûleurs non représentés sur ce dessin! les sections de pas- sage des différents canaux pour les gaz peuvent être réglées à l'aide de tiroirs 86a, 87a, sa,! et 89a, Tous ces canaux de gaz sont alimentés à l'aide d'un canal commun 90.
La section schématique indiquée sur la fig. 18 fait appa- raître à droite le montage vertical de la chambre de réaction 85,depuis laquelle un manchon tabulaire 91 ' avance vers le , bas dans un siphon * eau 92. A la partie supérieure de la chambre de réaction sont disposée les organes 1, 3, 4, 5, 28, 40 et 41 déjà indiqués sur la fig. 8, qui font suite au mélangeur-diffuseur constituant la partie supérieure de la
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chambre de réaction.
Ainsi, la tubulure 3 sert à introduira del'air, la tubulure 5 de l'huile et la tubulure 4 l'agent de pulvérisation de l'huile. L'huile gazéifiée dans la ' chambre de réaction 85 arrive par le conduit 93 aux divers brûleurs, qui sont, par exemple, construite de la façon représentée sur la partie médiane et gauche de la fig. 3, de manière à mélanger l'huile gazéifiée qui passe dans la chambre cylindrique 41 avec l'air qui est insufflé à l'aid, du manchon 16 et des ouvertures de la bague 27.
Ce mêlant est encore favorisé par le mélangeur-diffuseur 95 muté dans la paroi 94 du four, la flamme étant projetée dans chambre de combustion du four 80 partir de ce mélangeur diffuseur.
Il résulte des exemples qu'on vient de décrire, que le procédé et le dispositif conforme l'invention peuvent recevoir de nombreuses variantes et modifications sans sortir du cadre de celle-ci.