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Procédé et dispositifs d'échange de chaleur.
La présente invention concerne les procédés et dispo- sitifs pour assurer des échanges de chaleur entre solides et gaz et entre courants gazeux, et elle a pour but d'accomplir de tels échanges dans des conditions permettant de réaliser d'importants avantages.
Suivant l'invention, une matière inerte solide à haute (ou basse) température, sous forme finement divisée, est distri- buée en pluie à travers un courant gazeux à.basse (ou haute) tem- pérature, se déplaçant en sens inverse à une vitesse insuffisante pour entraîner les particules solides avec lui. Grâce à la division de la matière solide et à sa répartition dans le courant gazeux il se produit rapidement un échange de chaleur qui, par le réglage de la vitesse du courant gazeux, peut être à volonté prolongé au- tant que nécessaire. Il est ainsi possible de faire absorber com- plètement et de manière commode, par un gaz, la chaleur emmagasi- née dans la matière finement divisée, ou de faire absorber par celle-ci, la chaleur d'un courant gazeux.
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Dans une application particulièrement intéressante de l'invention, les'deux opérations sont combinées de façon uti- liser une matière solide pulvérulente pour assurer une transmission de chaleur d'un courant gazeux 3 un autre courant gazeux, en fai- sant passer cette matière en pluie alternativement à travers les deux courants gazeux.
Ce procédé présente par rapport aux procédés d'échange de chaleur entre gaz divers avantages d'une grande importance pratique, notamment : la possibilité d'atteindre des températures de chauffage des gaz plus élevées que dans les échangeurs métal- liques;- la suppression du danger de corrosion de l'appareillage;- la possibilité de récupérer dans la matière inerte des produits condensés ;- la possibilité de travailler sous haute nression;- la simplieite des appareils et la réduction des frais de premier établissement et d'entretien.
Il suffit de prévoir, pour l'exécution du procédé, une tour munie au sommet d'un distributeur pour la matière en poudre et divisée en deux compartiments que la matière traverse successivement et qui sont parcourus chacun par un courant gazeux.
Le dessin annexé représente à titre d'exemple trois formes d'exécution de l'invention, Figs 1, 2 et 3 étant trois vues schématiques, en élévation, de tours à deux compartiments superposés, différantentre elles par le dispositif de séparation entre ces compartiments.
Sur la Fig.l, la tour 1 est divisée en deux comparti- ments 2 et 3 par une double cloison 4,5 percée d'ouvertures 6, 7 commandées par un double registre 8,9 formant un sas 10 entre les deux compartiments. Le compartiment supérieur 2 est muni son sommet d'un dispositif de chargement 11 avec sas 12, trémie 13 et distributeur 14 pour la matière pulvérulente; au bas de ce compartiment se trouve un conduit 15 d'entrée et en haut un conduit 16 de sortie de gaz. Le compartiment inférieur 5 possède au-dessus une trémie de chargement 17 alimentée par Le sas 10, un distributeur 18, à son pied un conduit 19 de sor-
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tie de la matière pulvérulente ainsi qu'un conduit 20 d'entrée de gaz et en haut un conduit 21 de sortie de gaz.
Le conduit 15 étant alimenté par exemple par des gaz de combustion sortant de fours de verrerie ou de métallurgie à une température de l'ordre de 1. 300 à 1.5000C, on laisse pleu- voir au moyen du distributeur 14 une matière pulvérulente inerte, telle que du sable, dans le compartiment supérieur de la tour.
En agissant sur la pression des gaz à leur sortie, en 16, on peut, dans un appareil convenablement proportionné, régler la vitesse du courant gazeux dans le compartiment 2 et par conséquent la durée du contact des gaz et du sable au point que les gaz sor- tent à l'état refroidi, par exemple en dessous de 100 C, tandis que le sable est recueilli à une température de 1200 à 1400 C sur le registre 8 et dans le sas 10. Bien entendu, la vitesse des gaz ne doit jamais être assez grande pour provoquer l'entrai- nement de la matière pulvérulente par le conduit 16.
Si l'on admet en 20, au pied du compartiment inférieur 3, de l'air destiné à assurer la combustion dans les fours, que l'on met en contact avec le sable chaud tombant du sas 10 sur le distributeur 18, on arrive à porter la température de cet air à environ 1200 C à sa sortie en 21, tandis que le sable est évacué en 19 à environ 100 C.
Le sable peut être repris par un transporteur, par exemple une chaine 3 godets indiquée schématiquement en 22 et déversé au sommet de la tour, en 11, pour recommencer l'échange de chaleur avec les gaz chauds
Dans l'appareil selon la Fig.2, la disposition générale est semblable,mais les registres 8,9 sont remplacés par un étran- glement de section en 23, la chute du sable étant alors continue.
La différence de pression entre les compartiments 2 et 3 est alors maintenue à une valeur suffisamment faible pour réduire autant que nécessaire les fuites d'un compartiment dans l'autre. On peut utiliser à cet effet un régulateur automatique de pression action- né par un contrôleur de dilution ; par exemple, dans l'ap- plication décrite ci-dessus, un analyseur automatique actionne @
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le régulateur de pression aussitôt qu'une trace de produits de combustion apparaît dens le compartiment inférieur ou, inversement, aussitôt qu'une trace d'oxygène apparaît dans le compartiment su- périeur.
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Li fia.5 montre une variante dans loqu8l1e on utilise pour la pluie un corps point de fusion choisi de telle façon que la pluie solide lors de son introduction dons le compartiment 2, se liquéfie au cours de sa chute de façon à former un joint hydraulique dans une cuvette 24, le liquide débordant de celle-ci étant repris par le distributeur 18 et réparti en pluie dans le compartiment 6 d'échauffement de l'air.
Il est aussi possible de placer les deux compartiments côte;côte, mais les dispositions représentées ont l'avantage de la simplicité et de l'économie.
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On comprendre que par rapport aux écb*''ngeurs Mftrlliques, ces dépositions offrent de multiples avantages, car elLes se pré- tent aux échanges de chaleur très haute température, ne risquent DES de provoquer de corrosion et permettent en outre de récupérer les produits de valeur qui souvent sont entraînés par les gaz de combustion. Ces produits, certains sels par exemple, se condensent au contact de la matière pulvérulente qui progressivement s'enri- chit et peut alors être retirée du circuit et lavée ou traitée d'autre façon en vue de leur récupération.
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1. Procédé d'échange de chaleur caractérisé en ce qu' une matière solide inerte, sous forme pulvérulente, 3 haute (cu basse) température, est distribuée en pluie à travers un courant gazeux à basse (ou haute) température se déplaçant en sens inverse à une vitesse insuffisante pour entraîner les particules solides avec lui.
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Heat exchange process and devices.
The present invention relates to methods and devices for providing heat exchanges between solids and gases and between gas streams, and its object is to accomplish such exchanges under conditions which make it possible to achieve important advantages.
According to the invention, a solid inert material at high (or low) temperature, in finely divided form, is distributed as rain through a low (or high) temperature gas stream, moving in the opposite direction at insufficient speed to carry solid particles with it. By dividing the solid matter and distributing it in the gas stream, a rapid heat exchange takes place which, by adjusting the speed of the gas stream, can be prolonged as necessary as desired. It is thus possible to make the heat stored in the finely divided material completely and conveniently absorb by a gas, or to absorb by the latter, the heat of a gas stream.
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In a particularly interesting application of the invention, the two operations are combined so as to use a powdery solid material to provide heat transfer from one gas stream to another gas stream, passing this material through. rain alternately through the two gas streams.
This process presents various advantages of great practical importance over heat exchange processes between gases, in particular: the possibility of achieving higher gas heating temperatures than in metal exchangers; - the elimination of danger of corrosion of the equipment; - the possibility of recovering condensed products from the inert matter; - the possibility of working under high pressure; - the simplicity of the equipment and the reduction of initial installation and maintenance costs.
It suffices to provide, for the execution of the process, a tower provided at the top with a distributor for the powdered material and divided into two compartments which the material passes through successively and which are each traversed by a gas current.
The appended drawing shows by way of example three embodiments of the invention, Figs 1, 2 and 3 being three schematic views, in elevation, of towers with two superimposed compartments, differing from each other by the device for separating these compartments. .
In Fig.l, the tower 1 is divided into two compartments 2 and 3 by a double partition 4,5 pierced with openings 6, 7 controlled by a double register 8,9 forming an airlock 10 between the two compartments. The upper compartment 2 is provided at its top with a loading device 11 with lock 12, hopper 13 and distributor 14 for the pulverulent material; at the bottom of this compartment is an inlet pipe 15 and at the top a gas outlet pipe 16. The lower compartment 5 has above a loading hopper 17 supplied by the airlock 10, a distributor 18, at its foot a duct 19 of outlet.
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tie of the pulverulent material as well as a gas inlet duct 20 and at the top a gas outlet duct 21.
The conduit 15 being supplied for example by combustion gases leaving glass furnaces or metallurgy at a temperature of the order of 1300 to 1.5000 ° C., an inert powdery material is allowed to rain by means of the distributor 14, such as sand, in the upper compartment of the tower.
By acting on the pressure of the gases at their outlet, at 16, it is possible, in a suitably proportioned device, to adjust the speed of the gas stream in compartment 2 and consequently the duration of the contact of the gases and the sand to the point that the gases exit in the cooled state, for example below 100 C, while the sand is collected at a temperature of 1200 to 1400 C on the register 8 and in the airlock 10. Of course, the speed of the gases must not never be large enough to cause the pulverulent material to be carried along through line 16.
If we admit at 20, at the foot of the lower compartment 3, air intended to ensure combustion in the ovens, which is brought into contact with the hot sand falling from the airlock 10 on the distributor 18, we arrive to bring the temperature of this air to about 1200 C at its outlet at 21, while the sand is discharged at 19 to about 100 C.
The sand can be taken up by a conveyor, for example a 3-bucket chain indicated schematically at 22 and discharged at the top of the tower, at 11, to restart the heat exchange with the hot gases
In the apparatus according to FIG. 2, the general arrangement is similar, but the registers 8, 9 are replaced by a constriction of section 23, the fall of the sand then being continuous.
The pressure difference between compartments 2 and 3 is then maintained at a value low enough to reduce leaks from one compartment to the other as much as necessary. An automatic pressure regulator actuated by a dilution controller can be used for this purpose; for example, in the application described above, an automatic analyzer activates @
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the pressure regulator as soon as a trace of combustion products appears in the lower compartment or, conversely, as soon as a trace of oxygen appears in the upper compartment.
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Li fia. 5 shows a variant in which the rain is used a melting point body chosen so that the solid rain when it is introduced into compartment 2, liquefies during its fall so as to form a hydraulic seal in a bowl 24, the liquid overflowing from the latter being taken up by the distributor 18 and distributed as rain in the compartment 6 for heating the air.
It is also possible to place the two compartments side by side, but the arrangements shown have the advantage of simplicity and economy.
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It will be understood that compared to Mftrllic scavengers, these depositions offer multiple advantages, since they are suitable for very high temperature heat exchanges, there is no risk of causing corrosion and also allow recovery of the products of value which often are entrained by combustion gases. These products, for example certain salts, condense on contact with the pulverulent material which gradually becomes enriched and can then be withdrawn from the circuit and washed or otherwise treated with a view to their recovery.
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1. Heat exchange process characterized in that an inert solid material, in pulverulent form, 3 high (low) temperature, is distributed in rain through a gas stream at low (or high) temperature moving in direction reverse at a speed insufficient to drag the solid particles with it.