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Four à bassin et récupérateur auto-épurateur des fumées pour fusion du verre.
La présente invention a pour objet la combinaison d'un four à bassin pour fusion du verre avec un récupérateur d'un type particulier.
Bans les fours à bassin, la. quantité de chaleur empor- tée par les gaz de combustion est très considérable et il y a le plus grand intérêt à en récupérer une fraction aussi importante que possible. Aussi, tous les fours à bassin sont-ils équipés avec un dispositif de récupération de ces chaleurs : le système et les appareils utilisés à cet effet réagissent d'une façon in- time sur l'organisation du four proprement dit et sur la condui- te de son chauffage; le four et son dispositif de récupération constituent donc un ensemble ayant son individualité propre.
Jusqu'ici les fours à bassin ont été équipés, le plus souvent, avec des régénérateurs de chaleur du type Siemens ; ces appareils, comme on le sait, sont formés par des empilages de briques réfractaires présentant des canaux à travers lesquels, dans une première phase, on fait circuler les gaz de la combus- tion qui cèdent une partie de leurs calories à la masse des ré- fractaires; dans une seconde phase, on fait circuler à travers ces mêmes canada, les gaz à réchauffer : gaz combustible provenant du gazogène d'une part, air comburant, d'autre part. La chaleur accumulée dans la masse réfractaire au cours de la première phase est partiellement restituée ces gaz au cours de la, se-
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conde phase.
Les régénérateurs ont de nombreux inconvénients . les échanges de chaleur entre les gaz et les masses réfractaires y sont lents ; ilfaut donc y fiare passer de grands volumes de gaz pour obtenir une récupération calorifique Satisfaisante; on est ainsi obligé généralement de réchauffer à la fois le gaz combustible et l'air comburant destiné aux brûleurs, ce qui en- traîne l'emploi de deux systèmes de régénérateurs distincts; cha- cun de ces deux systèmes comporte deux régénérateurs travaillant alternativement en accumulateurs de chaleur puis en réchauffeurs.
On a donc une construction fort encombrante. Mais l'inconvénient le plus grave, dans le cas des fours à bassins, réside dans les inversions périodiques des courants gazeux. Ces inversions qui, en pratique, ont lieu toutes les heures environ, amènent chaque fois une perturbation profonde dans le régimé de chauffage du bassin. Elles compliquent et rendent délicate la conduite des opérations de fusion dans le bassin.
On a déjà proposé de substituer des récupérateurs aux régénérateurs types Siemens, afin que le courant des gaz réchauf- fés soit continu et toujours de même sens. Les récupérateurs sont des échangeurs de chaleur tubulaires dans lesquels les gaz à réchauffer circulent intérieurement et sont réchauffés d'une fçon continue par le courant de gaz brûlés circulant extérieu- rement. On a utilisé jusqu'ici des récupérateurs formés par des assemblages de poteries réfractaires percées de trous, et super- posées verticalement de façon que les trous des différentes po- teries forment des c&naux verticaux pour le passage du gaz à chauffer, tandis que les gaz brûlés circulent dans des canaux horizontaux formés par les intervalles laissés entre les rangées verticales de poteries.
Ces récupérateurs ont le défaut d'avoir un rendement médiocre en raison de la mauvaise conductibilité des oteries réfractaires; ils s'encrassent facilement; les pote ries attaquables par les fumées sodiques issues du four perdent rapidement leur étanchéité; elles se percent ou se fissurent et donnent alors lieu à des fuites qui diminuent encore le rende- ment. Enfin, leur ensemble forme une maçonnerie inaccessible, im possible à surveiller en marche normale; dès que le fonctionne- ment du récupérateur devient défectueux, la démolition s'impose.
La présente invention porte sur la combinaison d'un four à bassin pour fusion du verre avec un récupérateur réchauf- fant uniquement l'air comburant et constitué comme suit ; est
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formé de tubes à section circulaire en matière réfractiare dis- posés par rangées horizontales superposées dans une chambre étan che que traverse le courant de gaz et fumées issus du four, per- pendiculairement à l'axe des tubes; ceux-ci débouchent à leurs deux extrémités dans des chambres à air séparées de la chambre à fumées par des murs étanches dans lesquels sont encastrées les extrémités des tubes. L'air à réchauffer s'écoule à l'intérieur des tubes à contre-courant des fumées.
La matière réfractaire employée pour la fabrication des tubes est choisie parmi celles qui, outre une bonne conductibilité thermique, possèdent une température d'affaissement élevée et une résistance mécanique élevée à haute température de facon à permettre de réaliser des tubes d'une portée relativement grande et capables de supporter sans déformations dangereuses les températures régnant dans la chambre des fumées.
La matière qui convient le mieux à la fabrication de ces tubes est le produit désigné commercialement sous le nom de carborundum. C'est, conxne il est connu, un produit à base de siliciure de carbone aggloméré au moyen d'un liant approprié.
Les tubes en carborundum se distinguent par une excellente con- ductibilité thermique, une bonne résistance mécanique à haute température qui permet de les utiliser sur des longueurs de l'ordre de 1,30 m à 1,50 m et avec des diamètres de l'ordre de 0,15 m. Ils offrent de plus une résistance élevée aux agents corrosifs à haute température.
Au lieu de tubes en carborundum, on peut envisager aussi l'emploi de tubes en sillimanite ou en corindon. Ces deux matières ont une conductibilité inférieure à celle du carborun- dum; par contre, elles possèdent une résistance aux agents cor- rosifs encore meilleure. En particulier, il est parfois intéres- sant d'employer des tubes dans ce genre à l'entrée du récupéra- teur, c'est-à-dire dans la région où les gaz et fumées du four pénètrent à haute température et plus ou moins chargés d'impu- retés nocives.
Dans l'installation qui fait l'objet de l'invention, on emploiera de préférence la disposition connue qui consiste à placer à l'intérieur des tubes un noyau réfractaire coaxial de diamètre plus faible; le rayonnement de la paroi intérieure du. tube échauffe ce noyau; le gaz circule dans le canal annulai:' formé entre cette paroi et le noyau. La présence du noyau aug- mente la vitesse du gaz, ainsi que les surfaces d'échange et ac-
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croit dans une forte proportion le taux de transmission de la chaleur entre le tube et le gaz.
L'emploi de récupérateurs à tubes de carborundum du type précédent est déjà connu pour des fours tunnels et pour cer- tains fours métallurgiques. Mais jusqu'ici leur application aux fours à bassin pour fusion de verre n'avait jamais été proposée.
Le demandeur a constaté que l'association d'un récu- pérateur de ce type avec un four à bassin offre des avantages remarquables et notamment facilite, dans une mesure inespérée, la conduite et le contrôle des opérations de fusion dans le bas- sin. L'excellente conductibilité thermique des tubes à noyau in- térieur, permet de réaliser un récupérateur d'encombrement beau- coup plus faible que celui des régénérateurs ou des récupéra- teurs en poterie, tout en laissant entre les différents tubes l'espacement nécessaire pour assurer aux gaz de chauffage une circulation sans perte de charge excessive.
Il est facile de créer ainsi une circulation méthodique à contre-courant épuisant au maximum la chaleur récupérable dans les gaz de la combustion et celle-ci peut être tout entière recueillie par l'air comburant qui circule à l'intérieur des tubes. Le régime de température de l'air à la sortie du récupérateur peut être maintenu pratique- ment constant. D'autre part. l'air réchauffé débouchant toujours aux mêmes points en un courant continu toujours de même direction, on peut aménager les brûleurs et le départ des gaz brûlés de fa- çon à maintenir une parfaite régularité dans l'allure de chauf- fage des différentes régions du bassin.
De plus, le mode de cons truction du récupérateur, avec tubes horizontaux, indépendantes les uns des autres, petmet une surveillance facile en matche, et, le cas échéant, se prête au remplacement d'un tube avarié sans interrompre la campagne de production du four.
L'adaptation d'un récupérateur de ce genre à un four à bassin exige un certain nombre de précautions particulières.
Les gaz brûlés entraînent,à leur sortie du four, des particules vitreuses en fusion dont il faut éviter le dépôt sur les tubes du récupérateur. D'autre part, les tubes situés à l'entrée du récupérateur et léchés par les gaz à la température la plus haute sont particulièrement exposés à la corrosion par les v&peurs sodiques et il faut les protéger contre cette atta- que.
L'invention prévoit à cet effet diverses dispositions qui
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peuvent être employées séparément ou en combinaison :
1 - un aménagement des conduits de départ des fumées desti- né à réduire la proportion de particules vitreuses entraînées dans les gaz;
2 - à l'entrée du récupérateur, un dispositif épurateur de fumées comprenant une chambre d'expansion où les gaz perdent de la vitesse et abandonnent une partie de leurs impuretés;
3 - un nettoyage des fumées réalisé de la façon suivante :
avant que les fumées chaudes issues du four ne rencontrent les premiers tubes du récupérateur, on leur fait lécher des pièces inactives au point de vue du réchauffage de l'air et faites en un matériau attaquable par les impuretés susceptibles d'attaquer à haute température la matière des tubes; on pourra employer à cet effet des pièces en carborundum, en sillimanite, en corindon, en silice, etc... Mais, de préférence, on emploiera des pièces faites avec la.même matière que les tubes à protéger. Elles se- ront placées dans la chambre d'expansion ou à l'entrée du récu- pérateur ou dans les deux à la fois, et disposés de façon à ne pas troubler le régime du courant de fumées.
On placera par exem- ple, un certain nombre de barres pleines en carborundum en amont des crémiers tubes du récupérateur et parallèlement à ces der- niers. Des trcus d'homme convenablement placés permettront de les surveiller et le cas échéant, de les remplacer sans arrêter la campagne de fabrication.
Les tubes du. récupérateur reposent par leurs extrémi- tés sur des murs qui forment en même temps les parois séparant les chambres à air de la chambre des fumées. Il est important qu'aucune fuite ne puisse se produire d'une chambre à l'autre.
Pour assurer cette étanchéité, il est prévu des modes particu- liers de réalisation desjoints entre les tubes et la maçonnerie qui les supporte, ainsi que des joints entre les briques qui constituent cette maçonnerie. Il en est de mme pour les joints des voûtes qui recouvrent les différentes chambres.
On va décrire en regard des figures annexées, un exem- ple de réalisation qui permettra d'expliquer plus en détail les particularités de l' invention.
La figure 1 est une élévation en coupe longitudinale d'un four à, bassin avec récupérateur en tubes de carborundum, suivant la ligne 1-1 de la figure 2.
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La figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une coupe verticale à travers le récu- pérateur suivant la ligne 3-3 de la figure 1, les tubes enlevés.
La figure 4 est une coupe verticale partielle suivant l'axe d'un tube du récupérateur.
La figure 5 est une vue en bout de l'extrémité d'un tube et de la, maçonnerie qui l'encastre.
La figure 6 montre un mode d'assemblage étanche pour voussoirs.
Sur les figures 1, 2 et 3, le four à bassin est repré- senté en 1 ; ilest muni d'un ou plusieurs brûleurs 2 débouchant sur la face opposée aux portes de travail 3. Le nombre des brû- leurs peut, naturellement, varier avec la largeur du four. Les courants parallèles de flammes aboutissent avant 'la chambre de travail 4 à deux départs latéraux de fumées 5 munis de registres de réglage. Un pot à dépôt de verre 6 est aménagé sous chaque dé part de fumées. Les deux départs de fumées sont relevés au-dessus de la voûte du bassin. Cette disposition donne une première ré- duction des entraînements d'impuretés dans las fumées. Les dé- parts de fumées peuvent être réunis en une seule conduite 7 pour l'entrée dans le récupérateur.
Les gaz combustibles provenant du gazogène sont amenée aux brûleurs par les canalisations 8.
Le récupérateur est représenté en 9. Les tubes en car- borundum 10, ouverts à leurs deux extrémités et munis d'un noyau concentrique 11, y sont disposés horizontalement et en quinconce. Ils sont encastrés à leurs deux extrémités dans des chambres à air 14 et 15 dont ces murs constituent les façades.
Les chambres à air sont compartimentées verticalement par des plaques 16 ou des voûtes 17. L'air froid introduit par le venti- lateur 18 à la base de la chambre 14 traverse ainsi un premier groupe de tubes pour gagner le -premier compartiment de la chan- bre à air 15, traverse en sens inverse un second groupe de tubes pour déboucher à nouve&u dans la chambre 14 et ainsi de suite.
L'air réchauffé atteint le compartiment supérieur de la chambre 14 et sort en 19 pour gagner le ou les brûleurs. Les chambres à air sont recouvertes à leur partie supérieure par des voûtée 20 en briques de silice.
Avant de pénétrer dans la chambre de fumées 21 du ré-
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cupérateur, les fumées amenées par la tuyauterie 7 débouchent dans une grande chambre 22, où'elles perdent une grande partie de leur vitesse. Toutes les parois de cette chambre se revêtent, aux dépens das impuretés contenues dans les fumées, d'une gla- çure qui assure à la chambre une étanchéité parfaite. Les excès des impuretés se rassemblent dans des pots ou bassins de dépôts de grandes dimensions 23 (fig. 2) ménagés sur la sole de la chambre. Ces pots, grâce à des trous d'homme 24, restent accessi bles pour l'enlèvement des excès éventuels de dépôts et ce, sans arrêter la campagne de fabrication.
.La chambre d'expansion 22 est en communication directe avec la chambre 21 qui contient les tubes récupérateurs. Les fumées de combustion parcourent la chambre 21 de haut en bas, et g@gnent la cheminée par le carneau 25.
En vue de parachever au maximum le nettoyage des fu- mées et de protéger les tubes en car'borundum 10 contre les ac- tions corrosives, les fumées avant de passer sur ces tubes lè- chent des barres cylindriques en carborundum 26 placées à l'en- trée de la chambre 21. Ces barres, parallèles aux tubes, peuvent par exemple, reposer simplement sur des encorbellements des murs 12 et 13. Un trou d'homme 27 permet de surveiller l'état de ces barres, et, le cas échéant, de les remplacer sans arrêter la campagne de fabrication.
Bien entendu, en cas de fumées très chargées de produits nocifs, on peut disposer également dans la chambre d'expansion 22 des pièces attaquables qui fixeront une partie de ces produits.
La protection du récupérateur peut encore être com- plétée en appliquant, sur les tubes en carborunduri des premières rangées un enduit au corindon.
Les dispositifs de protection qui viennent d'être dé- crits sont applicables non seulement aux fours de verrerie, mais aussi à tous les fours dont les fumées charrient des produits nocifs, notamment aux fours de l'industrie chimique.
Les chambres à air 14 et 15 ont une section suffisante pour qu'un homme puisse facilement y pénétrer et y travailler sens aucune démolition. Il est prévu dans chaque compartiment une porte de visite 28 il cet effet. Chaque fois que la chose sera. possible. on aura recours à des plaques plutôt qu'à des voûtes pour compartimenter les chambres à air. On emploiera des plaques légères, en sillimanite par exemple, simplement posées
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sur des encorbellements des parois, ainsi qu'il est représente pour les plaques 16 de la figure 1. Ces plaques sont faciles à enlever et à remplacer. Cette disposition contribue également à faciliter 1-. visite des chambres.
Elle a en outre sur les voû tes l'avantage de lu légèreté, d'un moindre encombrement et d'une diminution des frais de construction.
L'étanchéité entre les chambres à air et la chambre à gaz est assurée de la facon suivante:
Les briques de forme qui constituent les murs 12 et 13 présentent sur le côté formant façade dans la chambre à air de profondes rainures en queue d'aronde (fig. 4), posées les unes sur les autres à joint fin, elles laissent entre elles, sur cette facade, des joints larges et profonds 29 que l'on cal- fate soigneusement avec un coulis réfractaire quand la pose des tubes et le montage de,la maçonnerie sont achevés.
Les briques présentent des évidements cylindriques pour recevoir les extrémités des tubes en carborundum à encas- trer dans les murs. Les fig. 4 et 5 donnent un exemple de pose d'un tube et montrent comment est réalisée l'étanchéité à l'en- droit de pose. L'extrémité du tube 10 repose dans les évidements cylindriques des trois briques de forme 30a, 30b, 30c. Le tube est posé à sec dans ce logement; anrès montage, on procède au scellement des tubes sur les briques de support et au calfatage des larges joints en queue d'aronde 31 qui sont ménagés entre la périphérie extérieure du tube et les briques.
Cette opération s'effectue avec un coulis réfractaire que l'on refoule et que l'on bourre entre le tube et les briques; le tube ne doit en aucun point être en contact direct avec les briques.
Malgré le soin apporté à ce calfatage, il peut se produire en service, un léger retrait du calfatage provoquant la formation de lignes directes de fuites entre les chambres à air et la chambre des fumées le long du scellement des extré- mités des tubes. Cet inconvénient est évité, selon l'invention, an ménageant dans les extrémités des tubes, une ou plusieurs rainures circulaires qui brisent toute ligne de fuite éventuelle.
La figure 4 montre un exemple de réalisation de cette disposi- tion. L'extrémité du tube 10 est façonnée de manière à présen- ter un ressaut circulaire 32. Les dimensions de ce ressaut, pour un tube de 0,15 m de diamètre extérieur et 0,05 m d'épaisseur,
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sont par exemple de 0,015 m en -profondeur suivant l'axe du tube et de 0,01 m de largeur radiale.
Les voûtes qui recouvrent les chambres à air et la chambre des fumées réclament la même étanchéité que les cloi- sons de séparation de ces chambres. A cet effet, elles sont construites, comme le montre la figure 6, au moyen de pièces d'assises 33 et de voussoirs 34 présentant des joints en queue d'aronde 35 pour calfatage extérieur et des rainures à emboî- tement 36 pour briser les lignes éventuelles de fuite.
Les maçonneries d.u récupérateur et les conduits d'a- menée des gaz de la combustion sont de préférence calorifugés à l'aide d'un revêtement extérieur approprié.
Revendications
1 - Installation de four à bassin pour fusion du verre caractérisée par l'association d'un four à bassin à courant de flammes continu, toujours de même direction et d'un récupérateur échangeur de chaleur à circulation méthodique à contre-courant formé de tubes parallèles en matière réfractaire de bonne conduc= tibilité thermique et peu sensible aux corrosions des fumées, telle que sillimanite, corindon et principalement carborundum, munis de préférence d'un noyau intérieur, parcourus intérieure- ment par l'air comburant refoulé vers le ou les brûleurs, léchés extérieurement par les gaz et fumées évacués du four à bassin,
disposés en quinconce par rangées horizontales superposées et débouchant dans des chambres à air latérales séparées de la cham- bre des fumées par des cloisons en maçonnerie servant de support aux dits tubes.
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Pond furnace and self-purifying fume recuperator for glass melting.
The present invention relates to the combination of a basin furnace for melting glass with a recuperator of a particular type.
In the basin ovens, the. The quantity of heat carried by the combustion gases is very considerable and there is the greatest advantage in recovering as large a fraction as possible. Also, all basin ovens are equipped with a device for recovering this heat: the system and the devices used for this purpose react in an intimate way on the organization of the oven itself and on the conduct. te of its heating; the oven and its recovery device therefore constitute an assembly having its own individuality.
Until now, basin ovens have been equipped, most often, with heat regenerators of the Siemens type; these devices, as we know, are formed by stacks of refractory bricks having channels through which, in a first phase, the combustion gases are made to circulate which yield a part of their calories to the mass of the fuel. - fractals; in a second phase, the gases to be heated are circulated through these same canada: fuel gas from the gasifier on the one hand, combustion air on the other hand. The heat accumulated in the refractory mass during the first phase is partially restored to these gases during the, se-
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second phase.
Regenerators have many drawbacks. the heat exchanges between the gases and the refractory masses are slow there; it is therefore necessary to pass large volumes of gas there in order to obtain a satisfactory heat recovery; it is thus generally necessary to heat both the fuel gas and the combustion air intended for the burners, which entails the use of two distinct regenerator systems; Each of these two systems comprises two regenerators working alternately as heat accumulators then as heaters.
We therefore have a very bulky construction. But the most serious drawback, in the case of tank furnaces, lies in the periodic inversions of the gas streams. These inversions which, in practice, take place every hour or so, each time bring about a profound disturbance in the heating regime of the basin. They complicate and make difficult the conduct of fusion operations in the basin.
It has already been proposed to substitute recuperators for Siemens type regenerators, so that the current of the heated gases is continuous and always in the same direction. Recuperators are tubular heat exchangers in which the gases to be heated circulate internally and are continuously heated by the flue gas stream circulating externally. Hitherto, recuperators formed by assemblies of refractory pottery drilled with holes have been used, and superimposed vertically so that the holes in the different pots form vertical channels for the passage of the gas to be heated, while the gases burns circulate in horizontal channels formed by the intervals left between the vertical rows of pottery.
These recuperators have the drawback of having a mediocre performance due to the poor conductivity of the refractory oteries; they clog easily; the potatoes which can be attacked by the sodium fumes from the oven quickly lose their seal; they pierce or crack and then give rise to leaks which further reduce the efficiency. Finally, their whole forms an inaccessible masonry, im possible to supervise in normal operation; as soon as the operation of the recuperator becomes defective, demolition is necessary.
The present invention relates to the combination of a basin furnace for melting glass with a recuperator heating only the combustion air and constituted as follows; is
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formed of tubes with circular cross-section of refractory material arranged in horizontal rows superimposed in a sealed chamber through which the stream of gas and fumes from the furnace passes, perpendicular to the axis of the tubes; these open out at their two ends into air chambers separated from the smoke chamber by tight walls in which the ends of the tubes are embedded. The air to be heated flows inside the flue gas tubes.
The refractory material used for the manufacture of the tubes is chosen from those which, in addition to good thermal conductivity, have a high sag temperature and a high mechanical strength at high temperature so as to allow tubes of a relatively large span to be produced. and capable of withstanding the temperatures in the smoke chamber without dangerous deformation.
The most suitable material for the manufacture of these tubes is the product referred to commercially as carborundum. It is, as is known, a product based on carbon silicide agglomerated by means of a suitable binder.
Carborundum tubes are distinguished by excellent thermal conductivity, good mechanical resistance at high temperature which allows them to be used over lengths of the order of 1.30 m to 1.50 m and with diameters of around 0.15 m. They also offer high resistance to corrosive agents at high temperatures.
Instead of carborundum tubes, it is also possible to consider the use of sillimanite or corundum tubes. These two materials have a lower conductivity than that of carborundum; on the other hand, they have an even better resistance to corrosive agents. In particular, it is sometimes advantageous to use tubes of this type at the inlet of the recuperator, that is to say in the region where the gases and fumes from the furnace enter at high temperature and more or less. less laden with harmful impurities.
In the installation which is the subject of the invention, the known arrangement will preferably be used which consists in placing a coaxial refractory core of smaller diameter inside the tubes; radiation from the inner wall of. tube heats up this core; the gas circulates in the annulai channel: 'formed between this wall and the core. The presence of the nucleus increases the speed of the gas, as well as the exchange surfaces and ac-
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the rate of heat transmission between the tube and the gas is greatly increased.
The use of carborundum tube recuperators of the above type is already known for tunnel furnaces and for certain metallurgical furnaces. But until now their application to basin furnaces for melting glass had never been proposed.
The applicant has observed that the association of a recuperator of this type with a basin furnace offers remarkable advantages and in particular facilitates, to an unexpected extent, the conduct and control of melting operations in the basin. The excellent thermal conductivity of the tubes with an internal core, allows a recuperator of much smaller dimensions than that of regenerators or pottery recuperators, while leaving between the different tubes the necessary spacing for ensure circulation of the heating gases without excessive pressure drop.
It is thus easy to create a methodical counter-current circulation, exhausting as much as possible the heat recoverable in the combustion gases and this can be entirely collected by the combustion air which circulates inside the tubes. The temperature regime of the air at the outlet of the recuperator can be kept practically constant. On the other hand. the heated air always emerging at the same points in a direct current always in the same direction, the burners and the burnt gas outlet can be arranged in such a way as to maintain perfect regularity in the heating rate of the different regions of the pool.
In addition, the method of construction of the recuperator, with horizontal tubes, independent of each other, allows easy monitoring in the match, and, if necessary, lends itself to the replacement of a damaged tube without interrupting the production campaign. oven.
The adaptation of a recuperator of this kind to a basin oven requires a certain number of special precautions.
When they leave the furnace, the burnt gases entrain molten glassy particles, which must be avoided on the tubes of the recuperator. On the other hand, the tubes located at the inlet of the recuperator and licked by the gases at the highest temperature are particularly exposed to corrosion by sodium vapors and they must be protected against this attack.
The invention provides for this purpose various arrangements which
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can be used separately or in combination:
1 - an arrangement of the smoke outlet ducts intended to reduce the proportion of vitreous particles entrained in the gases;
2 - at the inlet of the recuperator, a flue gas purification device comprising an expansion chamber where the gases lose speed and give up part of their impurities;
3 - smoke cleaning carried out as follows:
before the hot fumes from the furnace meet the first tubes of the recuperator, they are made to lick parts which are inactive from the point of view of heating the air and made of a material which can be attacked by impurities liable to attack the high temperature tube material; pieces of carborundum, sillimanite, corundum, silica, etc. can be used for this purpose. But, preferably, pieces made with the same material as the tubes to be protected will be used. They will be placed in the expansion chamber or at the inlet of the recuperator or in both at the same time, and arranged so as not to disturb the regime of the fume stream.
For example, a certain number of solid bars of carborundum will be placed upstream of the tube creamers of the recuperator and parallel to the latter. Suitably placed human trcus will allow them to be monitored and, if necessary, replaced without stopping the production campaign.
The tubes of the. recuperator rests by their ends on walls which at the same time form the walls separating the air chambers from the smoke chamber. It is important that no leakage can occur from one chamber to another.
To ensure this tightness, particular embodiments are provided for the joints between the tubes and the masonry which supports them, as well as joints between the bricks which constitute this masonry. The same is true for the joints of the vaults which cover the various chambers.
With reference to the appended figures, an exemplary embodiment will be described which will make it possible to explain the particular features of the invention in more detail.
Figure 1 is a longitudinal sectional elevation of a basin oven with carborundum tube recuperator, taken along line 1-1 of Figure 2.
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Figure 2 is a horizontal section taken on line 2-2 of Figure 1.
Figure 3 is a vertical section through the collector taken on line 3-3 of Figure 1 with the tubes removed.
FIG. 4 is a partial vertical section along the axis of a tube of the recuperator.
Figure 5 is an end view of the end of a tube and of the masonry which embeds it.
Figure 6 shows a watertight assembly method for segments.
In Figures 1, 2 and 3, the basin oven is shown at 1; it is fitted with one or more burners 2 opening onto the face opposite the working doors 3. The number of burners can, of course, vary with the width of the oven. The parallel streams of flames end before the working chamber 4 at two lateral smoke outlets 5 provided with regulating registers. A glass deposit pot 6 is fitted under each fume dice. The two fumes outlets are raised above the vault of the basin. This arrangement gives a first reduction in the entrainment of impurities in the fumes. The flue gases can be combined in a single pipe 7 for entry into the recuperator.
The combustible gases coming from the gasifier are brought to the burners through pipes 8.
The recuperator is represented at 9. The carbon-borundum tubes 10, open at their two ends and provided with a concentric core 11, are arranged therein horizontally and in staggered rows. They are embedded at their two ends in air chambers 14 and 15 of which these walls constitute the facades.
The air chambers are compartmentalized vertically by plates 16 or vaults 17. The cold air introduced by the fan 18 at the base of the chamber 14 thus passes through a first group of tubes to gain the -first compartment of the channel. - air breeze 15, crosses in the opposite direction a second group of tubes to emerge again & u in the chamber 14 and so on.
The heated air reaches the upper compartment of the chamber 14 and leaves at 19 to reach the burner or burners. The air chambers are covered at their upper part by vaults 20 of silica bricks.
Before entering the smoke chamber 21 of the re-
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coater, the fumes supplied by the pipe 7 open into a large chamber 22, where they lose a large part of their speed. All the walls of this chamber are coated, at the expense of the impurities contained in the fumes, with a glaze which ensures the chamber a perfect seal. The excess impurities collect in large-sized deposit pots or basins 23 (FIG. 2) provided on the bottom of the chamber. These pots, thanks to manholes 24, remain accessible for the removal of any excess deposits without stopping the production campaign.
The expansion chamber 22 is in direct communication with the chamber 21 which contains the recovery tubes. The combustion fumes travel through chamber 21 from top to bottom, and obstruct the chimney through flue 25.
In order to complete the cleaning of the fumes as much as possible and to protect the carborundum tubes 10 against corrosive actions, the fumes before passing over these tubes lick cylindrical carborundum bars 26 placed in the entrance to chamber 21. These bars, parallel to the tubes, can for example, simply rest on cantilevers of walls 12 and 13. A manhole 27 makes it possible to monitor the state of these bars, and, if necessary. if necessary, to replace them without stopping the production campaign.
Of course, in the event of fumes very loaded with harmful products, it is also possible to have attackable parts in the expansion chamber 22 which will fix some of these products.
The protection of the recuperator can be further completed by applying a corundum coating to the carborunduri tubes of the first rows.
The protection devices which have just been described are applicable not only to glass furnaces, but also to all furnaces whose fumes carry harmful products, in particular to furnaces in the chemical industry.
The air chambers 14 and 15 have a sufficient section so that a man can easily enter and work there without demolition. An inspection door 28 is provided in each compartment for this purpose. Every time the thing will be. possible. plates will be used rather than vaults to compartmentalize the air chambers. We will use light plates, in sillimanite for example, simply laid
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on wall corbels, as is shown for the plates 16 of Figure 1. These plates are easy to remove and replace. This arrangement also helps to facilitate 1-. visit of the rooms.
It also has the advantage over the arches of lightness, less space and a reduction in construction costs.
The tightness between the air chambers and the gas chamber is ensured as follows:
The shaped bricks which constitute the walls 12 and 13 have on the side forming a facade in the air chamber deep dovetail grooves (fig. 4), laid on top of each other with a fine joint, they leave between them , on this facade, wide and deep joints 29 which are carefully calibrated with a refractory grout when the laying of the tubes and the erection of the masonry are completed.
The bricks have cylindrical recesses to receive the ends of the carborundum tubes to be embedded in the walls. Figs. 4 and 5 give an example of laying a tube and show how the seal is achieved at the place of laying. The end of the tube 10 rests in the cylindrical recesses of the three shaped bricks 30a, 30b, 30c. The tube is laid dry in this housing; After assembly, the tubes are sealed on the support bricks and the large dovetail joints 31 which are formed between the outer periphery of the tube and the bricks are caulked.
This operation is carried out with a refractory grout which is pushed back and stuffed between the tube and the bricks; the tube must not be in direct contact with the bricks at any point.
Despite the care taken in this caulking, a slight shrinkage of the caulking may occur in service, causing the formation of direct lines of leaks between the air chambers and the smoke chamber along the sealing of the ends of the tubes. This drawback is avoided, according to the invention, by providing in the ends of the tubes, one or more circular grooves which break any possible line of leakage.
FIG. 4 shows an exemplary embodiment of this arrangement. The end of the tube 10 is shaped so as to present a circular projection 32. The dimensions of this projection, for a tube 0.15 m in outside diameter and 0.05 m in thickness,
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are for example 0.015 m in depth along the axis of the tube and 0.01 m in radial width.
The vaults which cover the air chambers and the smoke chamber require the same tightness as the partition walls of these chambers. For this purpose, they are constructed, as shown in figure 6, by means of pieces of bases 33 and segments 34 having dovetail joints 35 for exterior caulking and interlocking grooves 36 for breaking the joints. possible leakage lines.
The masonry of the recuperator and the flue gas ducts are preferably insulated with a suitable outer covering.
Claims
1 - Installation of a tank furnace for melting glass characterized by the association of a tank furnace with a continuous stream of flames, always in the same direction, and a heat exchanger recuperator with methodical circulation against the current formed of tubes parallels in refractory material of good conduc- tivity and not very sensitive to corrosions of fumes, such as sillimanite, corundum and mainly carborundum, preferably provided with an internal core, internally traversed by the combustion air discharged towards the burners, licked on the outside by the gases and fumes evacuated from the basin oven,
staggered by superimposed horizontal rows and opening into lateral air chambers separated from the smoke chamber by masonry partitions serving as a support for said tubes.