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Dispositif de réchauffage d'un fluide gazeux.
La présente invention porte sur un dispositif de réchauffage d'un fluide gazeux, basé sur le principe de l'échange régénératif alterné.
Le réchauffage d'un fluide gazeux par un échange régénératif alterné consiste à faire passer en alternance, avec une périodicité appropriée, d'une part des gaz chauds de chauffage et d'autre part un fluide gazeux froid à réchauffer, sur une masse thermique qui, de la sorte, successivement accumule et cède une quantité de chaleur déterminée. La masse thermique peut se présenter sous la forme d'un lit tassé de particules, ou encore en forme de garniture ordonnée de billes, de plaques nervurées ou sous toute autre forme appropriée.
Il est possible de réchauffer ainsi des fluides gazeux très divers tels que l'air, la vapeur d'eau, l'oxygène, un gaz réducteur, les gaz de haut fourneau ou de four à coke.
Cette technique est bien connue depuis longtemps et appliquée dans différents secteurs industriels, en particulier en sidérurgie dans les réchauffeurs d'air par les hauts fourneaux ou les fours Martin-Siemens, en verrerie dans les fours de fusion du verre et dans l'industrie chimique pour la fabrication de l'ammoniac.
On connaît déjà, par les brevets BE-A-755952 et BE-A-767786, respectivement un procédé et un dispositif pour le chauffage de gaz réformé destiné à être injecté dans un four à cuve. Ce dispositif se compose de deux cellules séparées, comportant chacune au moins un brûleur pour chauffer la masse thermique. Les deux cellules sont réunies par une conduite qui ne comporte pas de vanne chaude. Les deux phases simultanées, respectivement d'accumulation de chaleur dans la masse thermique d'une cellule et de cession de chaleur par la masse thermique de l'autre cellule, se déroulent sous des pressions légèrement différentes pour assurer leur séparation.
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On connaît également un dispositif basé sur le même principe, qui est décrit dans le brevet EP-A-0275859.
Ce dispositif comprend deux cellules réunies dans une enceinte unique verticale qui comporte une partie centrale disposée entre les deux cellules, l'enceinte étant garnie entièrement de masses thermiques. Chacune de ces cellules est chauffée en alternance par des brûleurs qui lui sont propres et qui sont également placés de part et d'autre de la partie centrale de l'enceinte.
Dans ces deux dispositifs connus, le gaz réchauffé est collecté par une conduite unique s'ouvrant soit dans la conduite de liaison entre les deux cellules dans le cas du premier dispositif, soit entre les deux groupes de brûleurs, dans la partie centrale de l'enceinte unique du second dispositif.
Ces dispositifs connus fonctionnent de manière satisfaisante et ils permettent de produire un débit continu de fluide gazeux réchauffé à des températures de l'ordre de 14000C et sous des pressions atteignant 40 bar.
Ils présentent cependant en commun l'inconvénient de nécessiter deux brûleurs ou groupes de brûleurs, équipant respectivement chaque cellule. Cette disposition requiert non seulement des circuits multiples d'alimentation des brûleurs en air et en combustible, mais aussi une régulation précise pour assurer l'alternance requise des différentes phases.
La présente invention a pour objectif de proposer un dispositif de réchauffage d'un fluide gazeux qui ne présente pas les inconvénients précités tout en conservant une capacité de chauffage au moins équivalente à celle des dispositifs connus. Le dispositif de l'invention offrira même une plus grande souplesse de construction.
Conformément à l'invention, un dispositif de réchauffage d'un fluide gazeux, qui comprend au moins deux cellules reliées entre elles par une partie centrale, l'ensemble étant garni d'une masse thermique, et qui est équipé de moyens d'introduction du fluide gazeux à réchauffer, de moyens d'extraction du fluide gazeux réchauffé, de moyens d'introduction d'un gaz de chauffage chaud et de moyens d'évacuation du gaz de chauffage refroidi, est caractérisé en ce que lesdits moyens d'introduction dudit gaz de
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chauffage chaud sont constitués par un distributeur commun aux cellules, en ce que ledit distributeur commun est disposé dans ladite partie centrale et en ce que les moyens d'extraction du fluide gazeux réchauffé comprennent une conduite raccordée à un collecteur qui s'ouvre également dans ladite partie centrale.
Suivant différentes variantes, ce distributeur commun peut être constitué par au moins un orifice ouvert dans ladite partie centrale et communiquant avec une ou plusieurs sources de gaz très chauds (par exemple des chambres de combustion, équipée (s) de brûleurs) située (s) de préférence à proximité immédiate de ladite partie centrale. De préférence, le distributeur commun, qui débouche dans la partie centrale de l'enceinte, peut revêtir différentes formes, par exemple celle d'un segment de canal périphérique perforé.
Il faut souligner que ledit gaz de chauffage chaud est généralement constitué par des produits de combustion gazeux et que le combustible utilisé pour le produire peut être gazeux, liquide ou solide, ou même être constitué par un mélange de combustibles ; il suffit que les produits de combustion gazeux n'encrassent pas rapidement la masse thermique des cellules.
Par ailleurs, le comburant utilisé pour cette combustion peut être soit de l'air, soit de l'air enrichi en oxygène, soi encore de l'oxygène pur.
De même, le collecteur destiné à extraire le fluide gazeux réchauffé peut s'ouvrir par un seul orifice ou par un groupe d'orifices dans ladite partie centrale. Ce collecteur peut par exemple se présenter sous la forme d'un ou de plusieurs segments de canal périphérique perforé.
Dans le dispositif de l'invention, les cellules peuvent être disposées l'une par rapport à l'autre ou les unes par rapport aux autres suivant différentes configurations et différentes orientations.
Les cellules peuvent en particulier être disposées soit dans une enceinte unique, soit dans des enceintes distinctes.
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L'enceinte unique est généralement tubulaire. Elle peut être rectiligne ou présenter des formes variées comme une forme en V ou en U, de préférence symétrique, ou encore une forme courbe, par exemple en arc de cercle. Dans ce cas, les cellules sont disposées dans les régions d'extrémité de l'enceinte, de part et d'autre d'une région intermédiaire qui constitue la partie centrale précitée.
Dans la variante comportant des enceintes distinctes, les cellules garnies de masses thermiques sont reliées par une zone de liaison, qui constitue la partie centrale précitée.
Suivant une caractéristique intéressante de l'invention, le dispositif comporte des moyens de déflexion situés dans ladite partie centrale, entre lesdits moyens d'introduction du gaz de chauffage et lesdits moyens d'extraction du fluide gazeux réchauffé.
Ces moyens de déflexion peuvent être par exemple constitués par une plaque en une matière réfractaire, disposée entre le distributeur de gaz de chauffage et le collecteur du fluide gazeux réchauffé. La forme de cette plaque est de préférence adaptée à celle du distributeur de gaz de chauffage et/ou à celle du collecteur de fluide gazeux réchauffé.
Enfin, ledit distributeur commun de gaz de chauffage chaud présente avantageusement au moins deux régimes de fonctionnement, à savoir un régime haut et un régime bas, par exemple grâce à un ou plusieurs brûleurs principaux et un brûleur-pilote.
Il va de soi que le dispositif de chauffage est également pourvu des canalisations d'alimentation et d'évacuation des différents gaz, ainsi que des organes de régulation nécessaires pour assurer son fonctionnement correct. Ce fonctionnement, en particulier les opérations d'inversion du chauffage et de purge des cellules, sera décrit en détail plus loin.
L'invention sera maintenant décrite de manière plus détaillée, en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 représente un dispositif de chauffage avec une enceinte unique rec- tiligne ; la
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Fig. 2 illustre un dispositif de chauffage avec une enceinte unique en U inversé ; la Fig. 3 représente une coupe transversale de la partie centrale du dispo- sitif, prise suivant la ligne 1-1 de la Fig. 1 ; et la Fig. 4 montre un dispositif composé de quatre paires de cellules.
Ces figures ne constituent que des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a pas reproduit les éléments qui ne sont pas nécessaires à la compréhension de l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les figures.
Dans la Fig. 1, on a représenté un dispositif de chauffage d'un fluide gazeux sous pression, comportant une enceinte unique (1), verticale, de section circulaire et fermée à ses deux extrémités. Cette enceinte est intérieurement garnie d'un revêtement réfractaire de protection (2), avec un col dans la partie centrale de l'enceinte. Ce col divise le volume intérieur de l'enceinte (1) en deux cellules (A) et (B), sans séparation matérielle entre les deux cellules. Le volume intérieur de l'enceinte (1), y compris la région du col est entièrement rempli d'une masse thermique (3), c'est-à-dire d'une matière capable d'accumuler de la chaleur, par exemple des billes d'alumine.
Dans le col séparant les deux cellules (A) et (B) débouchent, sensiblement en face l'une de l'autre, d'une part une source de gaz de chauffage chaud et d'autre part une conduite d'extraction du fluide gazeux réchauffé.
La source de gaz de chauffage est constituée par une chambre (21) qui débouche dans l'enceinte (1) par un distributeur (22). Dans l'exemple de réalisation représenté, la chambre (21) est directement équipée d'un brûleur (23), qui est alimenté en combustible (11) et en air de combustion (7) à partir de sources appropriées. Le distributeur (22) peut présenter un seul ou plusieurs orifices débouchant à l'intérieur de l'enceinte (1).
Dans la canalisation d'alimentation en air (7) du brûleur (23), il est prévu une vanne (9) et une soufflante ou un compresseur (8).
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L'alimentation en combustible (11) du brûleur (23) comprend une alimentation principale, avec une vanne (120), pour assurer le fonctionnement du brûleur à haut régime, c'est-à-dire à pleine puissance. Elle présente également une dérivation avec une vanne (121), pour assurer le fonctionnement du brûleur à bas régime, c'est-à-dire à puissance réduite. Dans le cas d'une chambre (21) comportant plusieurs brûleurs tels que (23), le fonctionnement à puissance réduite pourrait bien entendu correspondre à l'arrêt d'une partie de ces brûleurs.
Les moyens d'extraction du fluide gazeux réchauffé sont essentiellement constitués par une conduite (6) s'ouvrant dans l'enceinte (1), par un collecteur (15).
Un déflecteur (24) en une matière réfractaire résistant aux températures élevées, est disposé au sein de la masse thermique (3), entre le distributeur de gaz de chauffage (22) et le collecteur de fluide gazeux réchauffé (15).
Une source (4) de fluide gazeux à réchauffer, par exemple d'air, est raccordée aux cellules (A) et (B) par des canalisations comprenant respectivement les vannes (50) et (51). De même, les gaz de chauffage refroidis sont évacués des cellules (A) et (B) vers une cheminée (25) par des canalisations comprenant respectivement les vannes (130) et (131). Une turbine de détente (14) peut être prévue dans cette canalisation, pour récupérer l'énergie résiduelle des gaz de chauffage évacués.
Le fonctionnement de ce dispositif repose sur le principe connu du chauffage régénératif alterné, qui comprend une succession de cycles de chauffage et de refroidissement de masses thermiques.
Au début d'un cycle, les vannes (50 ; 131) ; (9 ; 120) sont ouvertes et les vannes (51 ; 130) sont fermées. La vanne (121) est normalement ouverte.
Le fluide gazeux à réchauffer (4) pénètre dans la cellule (A) par la vanne (5), il traverse la cellule (A) de haut en bas en se réchauffant au contact de la masse thermique (3) et le fluide gazeux réchauffé quitte l'enceinte (1) par le collecteur (15) et la conduite (6).
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Simultanément, le brûleur (23) fonctionne à haut régime et les gaz chauds qu'il produit sont introduits dans l'enceinte (1) par la chambre (21) et le distributeur (22). Ces gaz chauds traversent de haut en bas la cellule (B) dont ils échauffent la masse thermique (3) et ils quittent l'enceinte (1) par la vanne (131) vers la cheminée (25).
La durée de cette phase est réglée de façon à assurer le rechargement thermique désiré de la masse (3). Elle est par exemple de 2 minutes.
Lorsque cette durée est écoulée, il se produit automatiquement une inversion des vannes : les vannes (51 ; 130) s'ouvrent et les vannes (50 ; 131) se ferment ; les vannes (9) et (120) sont également ouvertes.
Dans ces conditions, le fluide gazeux (4) traverse de bas en haut la cellule (B) où il se réchauffe au contact de la masse thermique (3) échauffée au cours de la phase précédente. Simultanément, les gaz chauds produits par le brûleur (23) traversent de bas en haut la cellule (A) où ils échauffent la masse thermique (3), puis ils quittent l'enceinte (1) par la vanne (130) vers la cheminée (25), en cédant leur énergie résiduelle à la turbine (14).
Lorsque la durée de cette phase s'est écoulée, les vannes s'inversent à nouveau automatiquement et le cycle recommence.
Au moment de l'inversion automatique des vannes, une certaine quantité de gaz chauds provenant du brûleur (23) se trouve dans la cellule qui était en phase de chauffage. Il convient donc de purger cette cellule avant d'y introduire le fluide gazeux (4) à réchauffer pendant la phase suivante.
A cet effet, il est connu par le brevet EP-A-0275859 précité de couper l'arrivée de combustible au brûleur, en fermant les vannes d'alimentation avant l'inversion automatique des vannes. Pendant une courte période, on envoie un gaz de purge, tel que l'air (7) par la vanne (9) ouverte ou le fluide gazeux froid à réchauffer (4) par une conduite et une vanne non représentées, par le brûleur qui agit ainsi en simple injecteur d'air ou de fluide gazeux froid dans la cellule (A ou B) à purger. Lorsque la purge est terminée, on procède à l'inversion des vannes et on rétablit l'arrivée
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de combustible au brûleur en ouvrant à nouveau les vannes d'alimentation.
Dans certains cas de réchauffage, on peut cependant admettre une faible contamination de courte durée du fluide gazeux échauffé, par des gaz chauds provenant du distributeur (22) à la condition que ces gaz chauds soient fortement dilués. On peut alors utiliser une procédure de purge simplifiée, qui se déroule de la façon suivante.
A un instant prédéterminé précédant l'inversion des vannes, par exemple 5 secondes avant cette inversion, on commute le brûleur (23) sur son fonctionnement à bas régime en fermant la vanne (120), la vanne (121) et la vanne (9) restant ouvertes normalement. Le brûleur (23) envoie ainsi dans la cellule à purger des gaz chauds fortement dilués qui en expulsent les gaz chauds résiduels de la phase de chauffage précédente. Lorsque cette purge de courte durée est terminée et après l'inversion automatique des vannes (50 ; 131) (51 ; 130), la vanne (120) s'ouvre et le brûleur (23) revient ainsi à son régime haut.
De même, le fluide gazeux échauffé se trouvant dans une cellule au moment de l'inversion peut être récupéré, via un réservoir intermédiaire (16) qui est relié à la conduite (6). Une telle récupération se justifie lorsque le fluide gazeux présente une valeur économique suffisante, par exemple l'hydrogène ou un gaz réducteur pour haut fourneau.
Le déflecteur (24) assure la séparation du courant des gaz chauds produits par le brûleur (23) et du courant de fluide gazeux réchauffé provenant alternativement des cellules (A) et (B).
La Fig. 2 illustre une configuration symétrique en U inversé d'une enceinte unique (1) comportant deux cellules (A) et (8). Le gaz de chauffage, venant de la chambre de combustion (21), débouche dans l'enceinte (1) par le distributeur (22). A l'opposé, un collecteur (15) relie l'enceinte (1) à la conduite (6) d'extraction du fluide gazeux réchauffé.
Par souci de clarté, les diverses vannes et canalisations n'ont pas été reproduites dans la Fig. 2, parce qu'elles ne sont pas différentes de celles de la Fig. 1. Néanmoins, il va de soi que le fluide gazeux à ré-
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chauffer et le gaz de chauffage refroidi sont respectivement introduit et extrait aux extrémités libres des deux cellules, selon l'alternance indiquée.
La Fig. 3 représente une coupe transversale de la partie centrale du dispositif de la Fig. 1, prise suivant la ligne 1-1. Cette figure montre la section du col de la partie centrale de l'enceinte (1), avec un distributeur commun (22) constitué de deux segments (221 ; 222) de canal périphérique perforé et un collecteur (15) également composé de deux segments (151 ; 152) de canal périphérique perforé. La section du col est divisée par un déflecteur croisé (24), en quatre parties correspondant respectivement aux segments de distributeur (221 ; 222) et de collecteur (151 ; 152). Les sens de circulation des différents gaz sont indiqués par des flèches, correspondant au fonctionnement décrit plus haut.
La Fig. 4 montre très schématiquement un dispositif de chauffage constitué de quatre paires de cellules (A ; B). Un distributeur commun (22) insuffle un gaz de chauffage dans la partie centrale d'une enceinte (1). Dans la situation représentée, le gaz chaud est dévié par le déflecteur (24) en direction des cellules (B) à échauffer (flèches blanches). Pendant ce temps, le fluide gazeux à réchauffer traverse les cellules (A) et est extrait du dispositif par le collecteur (15) et la conduite (6) (flèches noires).
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et illustrés. Elle englobe aussi toute modification qui pourrait y être apportée par un homme de métier. En particulier, elle comprend la combinaison de plusieurs dispositifs à deux cellules pour constituer un dispositif ayant un plus grand nombre de cellules, éventuellement plus petites.
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Device for heating a gaseous fluid.
The present invention relates to a device for heating a gaseous fluid, based on the principle of alternating regenerative exchange.
The heating of a gaseous fluid by an alternating regenerative exchange consists in alternating, with an appropriate periodicity, passing on the one hand hot heating gases and on the other hand a cold gaseous fluid to be heated, over a thermal mass which , in this way, successively accumulates and gives up a determined quantity of heat. The thermal mass can be in the form of a packed bed of particles, or in the form of an ordered lining of balls, ribbed plates or in any other suitable form.
It is thus possible to reheat a wide variety of gaseous fluids such as air, water vapor, oxygen, a reducing gas, blast furnace or coke oven gases.
This technique has been well known for a long time and applied in different industrial sectors, in particular in the steel industry in air heaters by blast furnaces or Martin-Siemens ovens, in glassware in glass melting furnaces and in the chemical industry. for the manufacture of ammonia.
Already known from BE-A-755952 and BE-A-767786, a method and a device for heating reformed gas intended to be injected into a tank furnace, respectively. This device consists of two separate cells, each comprising at least one burner for heating the thermal mass. The two cells are joined by a pipe which does not include a hot valve. The two simultaneous phases, respectively of heat accumulation in the thermal mass of a cell and of heat transfer by the thermal mass of the other cell, take place under slightly different pressures to ensure their separation.
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There is also known a device based on the same principle, which is described in patent EP-A-0275859.
This device comprises two cells united in a single vertical enclosure which comprises a central part disposed between the two cells, the enclosure being entirely filled with thermal masses. Each of these cells is heated alternately by its own burners which are also placed on either side of the central part of the enclosure.
In these two known devices, the heated gas is collected by a single pipe opening either in the connection pipe between the two cells in the case of the first device, or between the two groups of burners, in the central part of the single enclosure of the second device.
These known devices operate satisfactorily and they make it possible to produce a continuous flow of gaseous fluid heated to temperatures of the order of 14000C and at pressures reaching 40 bar.
However, they have the disadvantage of requiring two burners or groups of burners, equipping each cell respectively. This arrangement requires not only multiple circuits for supplying the burners with air and fuel, but also precise regulation to ensure the required alternation of the different phases.
The present invention aims to provide a device for heating a gaseous fluid which does not have the aforementioned drawbacks while retaining a heating capacity at least equivalent to that of known devices. The device of the invention will even offer greater flexibility of construction.
According to the invention, a device for reheating a gaseous fluid, which comprises at least two cells connected to each other by a central part, the assembly being furnished with a thermal mass, and which is equipped with introduction means gaseous fluid to be heated, means for extracting the heated gaseous fluid, means for introducing a hot heating gas and means for discharging the cooled heating gas, is characterized in that said means for introducing of said gas
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hot heaters are constituted by a distributor common to the cells, in that said common distributor is arranged in said central part and in that the means for extracting the heated gaseous fluid comprise a pipe connected to a manifold which also opens in said central part.
According to different variants, this common distributor can be constituted by at least one orifice open in said central part and communicating with one or more sources of very hot gases (for example combustion chambers, equipped with burners) located preferably in the immediate vicinity of said central part. Preferably, the common distributor, which opens into the central part of the enclosure, can take different forms, for example that of a perforated peripheral channel segment.
It should be emphasized that said hot heating gas is generally constituted by gaseous combustion products and that the fuel used to produce it can be gaseous, liquid or solid, or even consist of a mixture of fuels; it suffices that the gaseous combustion products do not quickly clog the thermal mass of the cells.
Furthermore, the oxidizer used for this combustion can be either air or air enriched with oxygen, or even pure oxygen.
Likewise, the manifold intended to extract the heated gaseous fluid can be opened by a single orifice or by a group of orifices in said central part. This collector can for example be in the form of one or more perforated peripheral channel segments.
In the device of the invention, the cells can be arranged relative to one another or to each other according to different configurations and different orientations.
The cells can in particular be arranged either in a single enclosure, or in separate enclosures.
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The single enclosure is generally tubular. It can be straight or have various shapes such as a V or U shape, preferably symmetrical, or a curved shape, for example in an arc. In this case, the cells are arranged in the end regions of the enclosure, on either side of an intermediate region which constitutes the abovementioned central part.
In the variant comprising separate enclosures, the cells filled with thermal masses are connected by a connection zone, which constitutes the abovementioned central part.
According to an advantageous characteristic of the invention, the device comprises deflection means located in said central part, between said means for introducing the heating gas and said means for extracting the heated gaseous fluid.
These deflection means may for example consist of a plate of refractory material, disposed between the distributor of heating gas and the collector of the heated gaseous fluid. The shape of this plate is preferably adapted to that of the heating gas distributor and / or to that of the heated gaseous fluid manifold.
Finally, said common distributor of hot heating gas advantageously has at least two operating modes, namely a high speed and a low speed, for example by means of one or more main burners and a pilot burner.
It goes without saying that the heating device is also provided with supply and evacuation pipes for the various gases, as well as with the regulating members necessary to ensure its correct operation. This operation, in particular the heating inversion and cell purging operations, will be described in detail below.
The invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying drawings, in which FIG. 1 shows a heating device with a single rectilinear enclosure; the
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Fig. 2 illustrates a heating device with a single enclosure in inverted U; Fig. 3 shows a cross section of the central part of the device, taken along line 1-1 of FIG. 1; and Fig. 4 shows a device composed of four pairs of cells.
These figures constitute only schematic representations, in which the elements which are not necessary for understanding the invention have not been reproduced. Identical or analogous elements are designated by the same reference numerals in all the figures.
In Fig. 1, there is shown a device for heating a gaseous fluid under pressure, comprising a single enclosure (1), vertical, of circular section and closed at its two ends. This enclosure is internally lined with a refractory protective coating (2), with a neck in the central part of the enclosure. This neck divides the interior volume of the enclosure (1) into two cells (A) and (B), without material separation between the two cells. The interior volume of the enclosure (1), including the neck region, is completely filled with a thermal mass (3), that is to say a material capable of accumulating heat, for example alumina beads.
In the neck separating the two cells (A) and (B) open, substantially opposite one another, on the one hand a source of hot heating gas and on the other hand a fluid extraction pipe gaseous heated.
The source of heating gas consists of a chamber (21) which opens into the enclosure (1) by a distributor (22). In the embodiment shown, the chamber (21) is directly equipped with a burner (23), which is supplied with fuel (11) and combustion air (7) from suitable sources. The distributor (22) may have a single or more orifices opening out inside the enclosure (1).
In the air supply pipe (7) of the burner (23), there is provided a valve (9) and a blower or a compressor (8).
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The fuel supply (11) of the burner (23) comprises a main supply, with a valve (120), to ensure the operation of the burner at high speed, that is to say at full power. It also has a bypass with a valve (121), to ensure the operation of the burner at low speed, that is to say at reduced power. In the case of a chamber (21) comprising several burners such as (23), the operation at reduced power could of course correspond to the stopping of part of these burners.
The means for extracting the heated gaseous fluid essentially consist of a pipe (6) opening into the enclosure (1), by a manifold (15).
A deflector (24) made of a refractory material resistant to high temperatures, is disposed within the thermal mass (3), between the heating gas distributor (22) and the heated gaseous fluid collector (15).
A source (4) of gaseous fluid to be heated, for example air, is connected to the cells (A) and (B) by pipes comprising the valves (50) and (51) respectively. Similarly, the cooled heating gases are evacuated from the cells (A) and (B) to a chimney (25) by pipes comprising the valves (130) and (131) respectively. An expansion turbine (14) can be provided in this pipe, to recover the residual energy from the evacuated heating gases.
The operation of this device is based on the known principle of alternating regenerative heating, which includes a succession of heating and cooling cycles of thermal masses.
At the start of a cycle, the valves (50; 131); (9; 120) are open and the valves (51; 130) are closed. The valve (121) is normally open.
The gaseous fluid to be heated (4) enters the cell (A) through the valve (5), it crosses the cell (A) from top to bottom while heating in contact with the thermal mass (3) and the gaseous fluid heated leaves the enclosure (1) via the manifold (15) and the pipe (6).
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Simultaneously, the burner (23) operates at high speed and the hot gases which it produces are introduced into the enclosure (1) through the chamber (21) and the distributor (22). These hot gases pass from top to bottom of the cell (B) of which they heat the thermal mass (3) and they leave the enclosure (1) by the valve (131) towards the chimney (25).
The duration of this phase is adjusted so as to ensure the desired thermal recharging of the mass (3). It is for example 2 minutes.
When this time has elapsed, the valves invert automatically: the valves (51; 130) open and the valves (50; 131) close; the valves (9) and (120) are also open.
Under these conditions, the gaseous fluid (4) passes from bottom to top of the cell (B) where it heats up in contact with the thermal mass (3) heated during the previous phase. Simultaneously, the hot gases produced by the burner (23) pass from bottom to top of the cell (A) where they heat the thermal mass (3), then they leave the enclosure (1) by the valve (130) towards the chimney (25), by ceding their residual energy to the turbine (14).
When the duration of this phase has elapsed, the valves automatically reverse again and the cycle begins again.
At the time of the automatic reversal of the valves, a certain quantity of hot gases coming from the burner (23) is in the cell which was in the heating phase. This cell should therefore be purged before introducing the gaseous fluid (4) to be heated during the next phase.
To this end, it is known from the aforementioned patent EP-A-0275859 to cut off the supply of fuel to the burner, by closing the supply valves before the automatic reversal of the valves. For a short period, a purge gas is sent, such as air (7) through the valve (9) open or the cold gaseous fluid to be heated (4) by a line and a valve not shown, by the burner which thus acts as a simple injector of air or cold gaseous fluid into the cell (A or B) to be purged. When the purge is complete, the valves are inverted and the inlet is restored
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fuel to the burner by reopening the supply valves.
In certain cases of reheating, however, it may be assumed that there is a slight short-term contamination of the heated gaseous fluid by hot gases coming from the distributor (22) provided that these hot gases are highly diluted. We can then use a simplified purge procedure, which proceeds as follows.
At a predetermined instant preceding the inversion of the valves, for example 5 seconds before this inversion, the burner (23) is switched to its low speed operation by closing the valve (120), the valve (121) and the valve (9 ) remaining open normally. The burner (23) thus sends into the cell to be purged highly diluted hot gases which expel the residual hot gases from the previous heating phase. When this short-term purge is complete and after the automatic reversal of the valves (50; 131) (51; 130), the valve (120) opens and the burner (23) thus returns to its high speed.
Likewise, the heated gaseous fluid present in a cell at the time of the inversion can be recovered, via an intermediate tank (16) which is connected to the pipe (6). Such recovery is justified when the gaseous fluid has a sufficient economic value, for example hydrogen or a reducing gas for blast furnaces.
The deflector (24) separates the stream of hot gases produced by the burner (23) from the stream of heated gaseous fluid coming alternately from the cells (A) and (B).
Fig. 2 illustrates a symmetrical inverted U configuration of a single enclosure (1) comprising two cells (A) and (8). The heating gas, coming from the combustion chamber (21), opens into the enclosure (1) through the distributor (22). In contrast, a manifold (15) connects the enclosure (1) to the pipe (6) for extracting the heated gaseous fluid.
For the sake of clarity, the various valves and pipes have not been reproduced in FIG. 2, because they are not different from those of FIG. 1. Nevertheless, it goes without saying that the gaseous fluid to be
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heating and the cooled heating gas are respectively introduced and extracted at the free ends of the two cells, according to the alternation indicated.
Fig. 3 shows a cross section of the central part of the device of FIG. 1, taken along line 1-1. This figure shows the section of the neck of the central part of the enclosure (1), with a common distributor (22) consisting of two segments (221; 222) of perforated peripheral channel and a collector (15) also composed of two segments (151; 152) of perforated peripheral channel. The neck section is divided by a crossed deflector (24), into four parts corresponding respectively to the distributor (221; 222) and collector (151; 152) segments. The directions of circulation of the different gases are indicated by arrows, corresponding to the operation described above.
Fig. 4 very schematically shows a heating device made up of four pairs of cells (A; B). A common distributor (22) blows heating gas into the central part of an enclosure (1). In the situation shown, the hot gas is deflected by the deflector (24) in the direction of the cells (B) to be heated (white arrows). During this time, the gaseous fluid to be heated crosses the cells (A) and is extracted from the device by the manifold (15) and the pipe (6) (black arrows).
The invention is not limited to the exemplary embodiments which have just been described and illustrated. It also includes any modification that could be made by a skilled person. In particular, it comprises the combination of several two-cell devices to constitute a device having a larger number of cells, possibly smaller.