<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
'PROC2D2 D'EXPLOITATION D'APPAREILS 1,.,L-à-TALLIV-S A CHAUFMR LE V.::1 OU sûF1ul3iuRs 1JV CHALEUR .'U;aLOG'JS"
Depuis que l'industrie métallurgique a réussi à produire des métaux susceptibles de résister aux hautes teu- pératurea, il est devenu possible de construire en métal et de faire travailler en récupération des échangeurs de chaleur tels que les appareils à chauffer le vent ou analogues. que
EMI1.2
l'on était antérieurement obligé de cccatruire en matériaux céramiques et d'exploiter d'après le procédé de régénération à fonctionnement intermittent.
Il est vrai que l'on ne peut
<Desc/Clms Page number 2>
pas pousser les gaz de chauffe jusqu'aux températures que donne une combustion avec un faible excédent d'air, maie qu'il faut plutôt tenir artificiellement la températures d'entrée dans l'échangeur de chalour à un niveau plus bas, soit en travaillant avec un grand excès d'air, ce qui équivaut à un abaissement du rendement, soit en utilisant la zone supérieure de températures à d'autres fins, par exemple pour produire de la vapeur. Comme on le sait, l'abaissement du rendeuent dans le travail avec grand excès d'air s'obtient du fait qu'il se forme aussi de plus grandes quantités de gaz perdus et que par suite la perte par ces gaz qui s'échappent s'en trouve augmentée.
Cette porte peut s'éviter si, pour abaisser la température des gazde chauffe, on n'emploiepas un supplément d'air, mais les gaz de chauffe eux-mêmes après qu'ils ont déjà cédé une certaine quantité de chaleur utile, donc après qu'ils se sont refroidis, ces gaz produisant, par leur mélange avec les gaz de chauffe nouvellement brûlés, par exemple avec le plus faible excès d'air possible, un refroidissement de ces derniers.
L'objet de la présente invention est un appareil à chauffer le vent ou échangeur de chaleur analogue construit en m4tal et qui fait usage de ce procédé.
Un inconvénient des échangeurs de chaleur en métal pour hautes températures est le prix élevé des métaux résis- tant à ces températures. Il faut donc s'efforcer d'avoir des surfaces de chauffe aussi réduites que possible, c'est-à-dire d'obtenir des transmissions de chaleur aussi grandes que possible. Un moyen d'y arriver est d'employer de grandes vi- tesses d'écoulement. Ces grandes vitesses donnent de faibles sections de passage pour les canaux des gaz de chauffe, ce
<Desc/Clms Page number 3>
qui en soi constituerait un avantage, maie rand très difficile la fabrication de tels échangeurs de chaleur en raison des faibles distances à prévoir entre les axes des tubes.
Si, en ramenant aux surfaces d'échange les gaz perdus, on augmente la quantité des gaz de chauffe, on peut, mené avec de grandes vitesses d'écoulement, arriver à des distances favorables entre tubes.
On peut arriver encore à une plus grande réduction des dimensions en faisant fonctionner l'échangeur de chaleur suivant le principe du g4nérateur "Velox", c'est-à-dire en augmentant la vitesse des gaz et en augmentant en mode temps leur pression. Afin d'obtenir ici sans pertes la grande puis- 3ance nécessitée pour obtenir les grandes vitesses et l'aug- mentation de la pression, on emploie un compresseur actionné par une turbine à gaz dont les gaz moteurs sont les gaz de chauffe eux-mêmes.
Afin d'éviter, dans ce procédé d'exploitation également, des températures de gaz trop fortes pour l'échangour de chaleur, il a été proposé de brancher avant cet échangeur et en série avec lui, un générateur "Velox" dans lequel la zone supérieure des températures des gaz de chauffe est utilisée pour produire de la vapeur.
Un autre objet de la présente invention est d'obtenir l'abaissement de la température en ramenant aux surfaces d'échange des gaz de chauffe refroidis au lieu de uonter un générateur de vapeur en amont de ces surfaces; à cet effet, ces gaz de chauffe seront prélevée immédiatement à l'amont de la turbine à gaz, c'est-à-dire dans une zone de températures où ils peuvent être pris et transportée sans dispositifs de refroidissement et où leur recompression ne demande que la faible puissance nécessaire pour vaincre la résistance à l'écoulement de l'étage d'échangeur situé entre
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
la chambre de combustion et la turbine.
Le dessin annexé représente scnécatiqu6!..6Ilt et à titre d'exemples deux installations conformes à l'invention.
EMI4.2
la Fig. 1 uontre le cas le plus si-1;le. A la Fig. 1, 1 désire une chambre de combustion, dans laquelle brûle en d9Veloi>allt une forte quantité de chaleur un uélaI1b6 air-couatiàle a..1L.ené en 2, 3 est un éChaI'bOur de chaleur en m3tal, par eJ#uple un appareil à chauffer le voi-it. ,:ri 4 et 5 sont respec- tivement l'entrée et la sortie du courant de gaz de chauffe, en 6 et 7, l'entrée et la sortie du vent à chauffer.
Afin d'abaisser à une valeur supportable pour les surfaces de chauffe métalliques la température des gaz de chauffe, une
EMI4.3
partie dos gaz d'échappelent qui autrement serait perdue, est aspirée en 5 par un compresseur 9 actionné par un moteur 8, et qui la refoule dans la chambre de combustion 1 où elle se mélange aux gaz chauds qui s'y fondent.
La Fig. 2 est le schéma d'une installation suivant le principe "Velox". 1 désire à nouveau une chambre de
EMI4.4
con.buation, 2 l'amenée d'air et de combustible. Mais qui sont ici fournis sous une certaine pression par les deux coupuressaura 10 et 11 respectivalàeiit. Les gaz de chauf fe I"btJan4s à la température de4,asdée 8sent en 4 au deUXièLI8 étaya de l'appareil à chauffer le vent 12, et de là en 5 dans une turbine à gaz 13 où, par la détente de la plus grande partie de la pression produi te dans les compresseurs 10 et 11, ils
EMI4.5
proauisent du travail. Une partie des gaz de chauffe est re- prise en 5 et ramenée par un compresseur 9 à la chambre de combustion. Les gaz qui quittant la turbine à gaz passent encore au premier étage 14 de l'appareil à chauffer le vent
EMI4.6
et s'échappent de là à l'auiouphère.
Le vent à chauffer entre en 6 dans le premier étage
<Desc/Clms Page number 5>
du chauffe-vent et quitte la deuxième étage en 7. Pour la démarrage, le réglage, et aussi pour aider la turbine à gaz lorsque sa puissance est insuffisante, il eut prévu un moteur auxiliaire 15 qui peut être un moteur électrique ou au:,si une turbine.
Le procédé d'exploitation proposé permet aussi un réglage de la température des gaz. Plus la quantité de gaz aspirée par le compresseur 9 et mélangée aux nouveaux produite ae la combustion, toujours brûlés à la plus haute teupérature, est grande, plus faible est la température des gaz de chaulfe, sans que pour cela le rendement ùe l'installation s'abaisse.
Dans ce procédé, une réduction de la température des gaz de chauffe ne correspond pas forcement à un abaissement de la quantité de chaleur dégagée. En effet, l'augmentation de la quantité des gaz qui se trouvent en circulation entraîne une augmentation de la vitesse à'écoulement de ces gaz, la section de passage des canaux de gaz n'étant, pas modifiée.
L'augmentation de la transmission de chaleur qui en résulte peut compenser la réduction de la chute de température.
Le grand avantage tecnnique et économique du procédé proposé réside dans l'indépendance des températures de la chambre de combustion par rapport aux températures que demande la conservation de la durée des surfaces métalliques de chauffe. Si l'on choisit en outre le chauffage sous pression, il suffit de très faibles excès d'air pour obtenir une combustion complète. Les températures à la chau.bre de combustion deviennent dès lors très élevées. On peut alors faire en sorte que les gaz ramenés au circuit passent à travers le garnissage réfractaire de la chambre de combustion et le long de ce garnissage de façon telle qu'ils refroidissent sensiblement ses élémenta et que par suite l'action de la
<Desc/Clms Page number 6>
chaleur de la chambre de combustion n'ait pas d'effet nuisi- ble.
L'entrainement de la soufflante qui recoaprime les gaz refroiaia peut se faire par la turbine à gaz, mais aussi à l'aide d'un moteur distinct.
Le procédé proposé convient également pour les échangeurs de chaleur qui sont alimentes par les gaz d'échap- pement a'autres processus de chauffage, et dans lesquels un abaissement de la température ou une augmentation de la quan- tité de ces gaz est désirable, par exemple pour obtenir des transmissions de chaleur plus intenses.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
'PROC2D2 FOR OPERATING APPLIANCES 1,., L-à-TALLIV-S A CHAUFMR LE V.::1 OR surF1ul3iuRs 1JV HEAT .'U; aLOG'JS "
Since the metallurgical industry has succeeded in producing metals capable of withstanding high temperatures, it has become possible to build in metal and to operate heat exchangers such as wind heaters or the like in recovery. than
EMI1.2
it was previously necessary to build in ceramic materials and operate according to the intermittent regeneration process.
It is true that we cannot
<Desc / Clms Page number 2>
not push the heating gases up to the temperatures given by combustion with a small excess of air, but rather it is necessary to keep the inlet temperature in the heat exchanger artificially at a lower level, either by working with a large excess of air, which is equivalent to lowering the efficiency, or using the upper temperature zone for other purposes, for example to produce steam. As we know, the lowering of the output in working with a large excess of air is obtained by the fact that also greater quantities of waste gases are formed and that consequently the loss by these gases which escape is increased.
This door can be avoided if, in order to lower the temperature of the heating gases, we do not use additional air, but the heating gases themselves after they have already given up a certain quantity of useful heat, therefore after that they have cooled, these gases producing, by their mixing with the newly burnt heating gases, for example with the smallest excess of air possible, a cooling of the latter.
The object of the present invention is a wind heater or similar heat exchanger constructed of metal which makes use of this method.
A disadvantage of metal heat exchangers for high temperatures is the high price of metals resistant to these temperatures. It is therefore necessary to strive to have heating surfaces as small as possible, that is to say to obtain heat transmissions as large as possible. One way to do this is to use high flow rates. These high speeds give small passage sections for the heating gas channels, which
<Desc / Clms Page number 3>
which in itself would constitute an advantage, maie rand very difficult to manufacture such heat exchangers because of the small distances to be provided between the axes of the tubes.
If, by bringing the lost gases back to the exchange surfaces, the quantity of heating gases is increased, it is possible, carried out with high flow speeds, to arrive at favorable distances between tubes.
A still greater reduction in dimensions can be achieved by operating the heat exchanger according to the principle of the "Velox" generator, that is to say by increasing the speed of the gases and by increasing their pressure in time mode. In order to obtain here without losses the great power required to obtain the high speeds and the increase in pressure, a compressor operated by a gas turbine, the driving gases of which are the heating gases themselves, is used. .
In order to avoid, also in this operating process, gas temperatures which are too high for the heat exchanger, it has been proposed to connect before this exchanger and in series with it, a "Velox" generator in which the zone higher heat gas temperatures is used to produce steam.
Another object of the present invention is to obtain the lowering of the temperature by returning cooled heating gases to the exchange surfaces instead of uonter a steam generator upstream of these surfaces; for this purpose, these heating gases will be taken immediately upstream of the gas turbine, that is to say in a temperature zone where they can be taken and transported without cooling devices and where their recompression does not require that the low power required to overcome the flow resistance of the exchanger stage located between
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
the combustion chamber and the turbine.
The accompanying drawing shows scnécatiqu6! .. 6Ilt and by way of examples two installations according to the invention.
EMI4.2
Fig. 1 u against the most si-1 case; the. In Fig. 1, 1 wants a combustion chamber, in which burns in d9Veloi> a large quantity of heat an air-couatiàle uélaI1b6 a..1L.ené in 2, 3 is a heat exchanger in m3tal, by eJ # uple an appliance to heat the voi-it. ,: ri 4 and 5 are respectively the inlet and outlet of the heating gas stream, at 6 and 7, the inlet and outlet of the wind to be heated.
In order to lower the temperature of the heating gases to a bearable value for metallic heating surfaces, a
EMI4.3
part back exhaust gas which would otherwise be lost, is sucked in at 5 by a compressor 9 driven by a motor 8, and which delivers it into the combustion chamber 1 where it mixes with the hot gases which melt therein.
Fig. 2 is the diagram of an installation according to the "Velox" principle. 1 again wants a bedroom
EMI4.4
con.buation, 2 supply of air and fuel. But which are here provided under a certain pressure by the two cuts will have 10 and 11 respectively. The heating gases I "btJan4s at the temperature of4, asdee 8 are at 4 at the second level of the device to heat the wind 12, and thence at 5 in a gas turbine 13 where, by the expansion of the largest part of the pressure produced in compressors 10 and 11, they
EMI4.5
proauise work. Part of the heating gases is taken up at 5 and returned by a compressor 9 to the combustion chamber. The gases leaving the gas turbine still pass to the first stage 14 of the wind heater
EMI4.6
and escape from there to the auiouphère.
The wind to be heated enters in 6 in the first floor
<Desc / Clms Page number 5>
heater and leaves the second stage in 7. For starting, adjusting, and also to help the gas turbine when its power is insufficient, it would have provided an auxiliary motor 15 which can be an electric motor or :, if a turbine.
The proposed operating method also makes it possible to adjust the temperature of the gases. The greater the quantity of gas sucked by the compressor 9 and mixed with the new combustion products, always burnt at the highest temperature, the lower the temperature of the sulphide gases, without the efficiency of the installation. lowers.
In this process, a reduction in the temperature of the heating gases does not necessarily correspond to a reduction in the quantity of heat released. Indeed, the increase in the quantity of gases which are in circulation causes an increase in the flow velocity of these gases, the passage section of the gas channels not being modified.
The resulting increase in heat transfer can compensate for the reduction in temperature drop.
The great technical and economic advantage of the proposed process lies in the independence of the temperatures of the combustion chamber with respect to the temperatures required for the preservation of the duration of the metallic heating surfaces. If heating under pressure is also chosen, very small excess air is sufficient to achieve complete combustion. The temperatures in the combustion chamber therefore become very high. It is then possible to ensure that the gases returned to the circuit pass through the refractory lining of the combustion chamber and along this lining in such a way that they appreciably cool its elements and that consequently the action of the
<Desc / Clms Page number 6>
heat from the combustion chamber has no detrimental effect.
The blower which recoates the cooling gases can be driven by the gas turbine, but also by means of a separate engine.
The proposed method is also suitable for heat exchangers which are supplied by the exhaust gases from other heating processes, and where a lowering of the temperature or an increase in the amount of these gases is desirable. for example to obtain more intense heat transmissions.