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B. 15.172.
J.V.
MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION par ' Ing. Erich ROUCKA . pour: " Fours de chauffage"
Priorité d'une demande de brevet déposée en Tchécoslovaquie le 24 juin 1946.
L'invention concerne un procédé et un dispositif de réglage de la marche des fours de chauffage à com- bustibles solides. On a déjà essayé à plusieurs reprises de faire fonctionner, avec des foyers à grille , les fours de chauffage, de trempe, de sémentation, de recuit, de forge et autres, destinés en particulier au traitement thermi- que du fer et de l'acier. Il est nécessaire de maintenir, dans la plupart de ces fours, la température constante entre des limites étroites ou de la faire varier dans des conditions déterminées. On a constaté que les foyers à grille chargés à la main ne conviennent pas à cet effet, car la température dans la-chambre de chauffage varie entre des limites inacceptables.
On a cherché à remédier
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quement au moyen de grilles mobiles, de grilles alimentées par-dessous, ou analogues, pour réaliser une arrivée du combustible continue ou périodiquement réglée . On peut ainsi réaliser un réglage de la température notablement plus précis, surtout lorsque la surface de la grille peut être maintenue en permanence recouverte d'une couche uniforme de combustible . Mais cette solution a fait apparaître un autre grave inconvénient qui rend inutilisable ce mode de chauffage dans la plupart des fours de chauffage.
On sait que si on fait brûler un combustible solide d'une manière économique, en particulier avec un faible excès d'air, la température dans le foyer devient très élevée, surtout dans les foyers à grille mécanique qui permettent de maintenir en permanence le faible excès d'air avantageux au point de vue économique .Si, en outre, on brûle des combustibles de qualité supérieure, la température dans la couche de combustible devient assez élevée pour que la cendre fonde à l'état de mâchefer difficile à enlever et qu'en outre la grille, ainsi que les parois du foyer,subis- sent une surchauffe nuisible Dans le cas des chaudières à vapeur, ces phénomènes fâcheux sont compensés par le fait que la surface de chauffe froide absorbe une grande quantité de chaleur dans le foyer et, par suite, maintient sa tempé- rature entre des limites acceptables.
Mais, même dans ce cas, il arrive que la température devienne trop élevée en donnant lieu à des difficultés de fonctionnement et à des dépenses d'entretien élevées.
Ces difficultés sont encore beaucoup plus grandes dans les foyers industriels dans lesquels ne s'exerce pas l'action de refroidissement intense de la surface de chauffe .On a essayé d'abaisser les températures élevées des foyers à grille par un refroidissement par de l'eau ou de la vapeur .Mais il en est résulté de nouvelles dif-
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ficultés . D'une part, dans le cas du refroidissement de la vapeur et surtout du refroidissement par l'eau,il est très difficile de faire correspondre l'intensité du refroi- dissement à la quantité de chaleur nécessaire et, d'autre part, l'entretien des tuyères de faible section de pulvéri- sation ou de mélange est assez difficile .
Dans les con- ditions les plus favorables, il est possible d'abaisser de cette manière la tempéréture de la couche de combustible en mélangeant de l'eau ou de la vapeur à l'air de combus- tion et de diminuer la formation du mâchefer. Par contre, la température devient plus élevée du côté de l'entrée de la chambre de chauffage, du fait de la combustion intence de l'hydrogène , étant donné que l'eau ou la va- peur mélangées à l'air de combustion pour provoquer le refroidissement ont mis en,liberté de l'hydrogène en traversant les couches de combustible . Il n'est guère possible d'abaisser la température en augmentant l'excès d'air, étant donné qu'il en résulte une diminution de l'é- conomie. De plus, la présence de l'air danla chambre de chauffage provoque une forte oxydation du produit à chauffer.
La température des gaz du foyer qui arrivent dans la chambre de chauffage est ;très supérieure à celle qui est nécessaire . De nombreuses opérations doivent s'effectuer à des températures déterminées, les plus avan- tageuses, qui ne doivent pas être sensiblement dépassées.
Tèl est le cas, par exemple, du traitement thermique des aciers, et en particulier des aciers spéciaux. De même,dans le cas de pièces de sections transversales très différen- tes, une température élevée des gaz de chauffage est nuisi- ble du fait que les petites sections sont déjà surchauffées ou même brûlées avant que la température des fortes sec- tions ait atteint la valeur qui convient.
Par exemple, on sait, par expérience, que la tempéra-
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ture du foyer est d'environ 1500 et plus, tandis que la température maximum des pièces en acier à recuire et à tremper dans la chambre de chauffage doit être d'environ
750 à 900 . De même, les températures de forgeage des aciers spéciaux ne doit pas dépasser 1000 à 1100 C pour n'en pas abaisser la qualité, ce qui est une raison im- portante supplémentaire pour laquelle les foyers à grille connus ne conviennent pas aux applications de cette nature.
L'invention permet de remédier à tous les inconvé- nients précités. Elle consiste en principe à mélanger à l'air de combustion pour le combustible introduit mécani- quement dans le foyer à une vitesse réglable, des gaz brûlés en quantité réglable.
L'alimentation mécanique réglable en combustible peut s'effectuer par des grilles d'une forme de construc- tion quelconque connue en soi, appropriée,par exemple une grille mécanique, une grille à alimentation par-dessous, ou analogue . De préférence, cette grille est commandée par un régulateur automatique connu en soi, de façon à faire régner dans le foyer ainsi que dans la chambre de chauffage une température donnée constante ou variable suivant les besoins. On mélange, avec l'air de combustion introduit au-dessous de la grille, une quantité réglable de gaz brûlés, prélevés dans la cheminée, des moyens permettant de régler avec précision le rapport du mélan- ge d'air et de gaz brûlés, ainsi que la quantité de mélange introduit.
Le mélange des gaz brûlés avec l'air de combustion donne lieu à un abaissement de la température de la couche de combustible incandescente, étant donné que l'acide carbonique contenu dans les gaz brûlés s'y ré- duit à l'état d'oxyde de carbone, en absorbant de la cha- leur qui est soustraite à la couche de combustible- Si on fait arriver sous la grille une quantité suffisante
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de gaz brûlés, on peut maintenir, dans la couche de com- bustible, une température d'environ 1100 à 1300 au lieu de 1500 à 1700 qui y règnerait. On empêche ainsi la fusion du mâchefer , la grille reste froide et la tempéra- ture du foyer ne s'élève pas d'une manière excessive .
Bien entendu, une'addition excessive de gaz brûlés ne doit pas faire baisser la température au-dessous de la tempéra- ture de combustion ou de réduction.
Sur le dessin ci-joint, qui représente sous forme schématique une forme de réalisation de l'invention :
La figure 1 est une coupe d'une installation suivant l'invention suivant la ligne C-D de la fig.2.
La figure 2 est une coupe de cette même installation suivant la ligne A-B de la figure 1.
La figure 3 est une coupe correspondant à la fig.2 d'unvariante d'un détail.
Sur les figures 1 et 2, une grille mécanique 1 se déplace, dans la direction de la flèche, sous la commande d'un électromoteur 2, en faisant ainsi avancer le combusti- ble de la trémie d'alimentation 10 dans le foyer 9. Un dispositif 3, sensible É/l'action de la température dans la zone de combustion,oonnu en soi, se trouve à l'extrémité de sortie de la grille 1 à l'endroit où le combustible ayant passé dans le foyer 9 a déjà brûlé, et commande le fonctionnement de l'électromoteur 2 de la grille 1 en fonction de cette température . On réalise ainsi une alimentation régulière en combustible correspondant aux besoins, de sorte que la grille est recouverte en permanen- ce d'une couche appropriée de combustible incandescent.
La température dans le foyer 9 ne varie qu'entre des limites très étroites et la combustion est très économique. Pour empêcher le dispositif 3, sensible'à la température, de subir l'action nuisible des flammes du foyer 9, sa portion
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qui communique par un tuyau 16 débouchant au point 17 avec l'espace situé au-dessous de la grille mécanique 1.
De plus, un tuyau d'arrivée d'air frais 19 aboutit à la chambre d'aspiration du ventilateur 15. Chaque tuyau compor- te un organe régulateur approprié Par exemple, le tuyau 14 contient un registre de réglage 18, le tuyau 16 un registre de réglage 21 et le tuyau 19 un registre de régla- ge 20. Il est possible, dans ces conditions, de faire arriver dans la grille 1 une quantité de gaz brûlés, préle- vée dans la cheminée 13, pouvant être réglée avec préci- sion, et en proportions réglables à volonté avec l'air.
Il convient de protéger contre les pertes de cha- leur, par un isolement, les tuyaux 14, 16 ainsi que le ventilateur 15. Etant donné qu'il est possible de faire' arriver de l'air'frais dans le ventilateur 15 par le tuyau 19, la température des gaz brûlés prélevés par le tuyau 14 dans la cheminée peut être par exemple de 800 ou davan- tage, sanrisque pour le ventilateur.
L'air secondaire est refoulé par le ventilateur 22, en passant par le réchauffeur 23 situé dans le trajet des gaz brûlés, et arrive aux tuyères 7 par un tuyau 24, de préférence calorifugé . Une dérivation 25 du tuyau 24 aboutit aux tuyères auxiliaires 8. Des registres de réglage sont désignés par 26 et 27.
S'il y a lieu de maintenir dans la chambre de chauffage 12 une température plus élevée, par exemple de 1100 , la grille 1 reste complètement recouverte de com- bustible et on n'ajoute à l'air de combustion que la quantité de gaz brûlés qui empêche le mâchefer de s'ag- glomérer . La combustion incomplète et l'arrivée de gaz brâlés non réduits dans le foyer 9 y maintiennent la tem- pérature à une faible valeur.
De même, la température.dans la chambre de mélange 6, qui dans ce cas ne reçoit en prin-
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33, par le ventilateur 34 et, suivant la position des re- gistres de réglage 35, 38, sont refoulés dans la chambre de mélange 29 par le tuyau 37, en plus ou moins grande quantité et en sortant de cette chambre, les gaz reviennent dans la chambre de chauffage 32 par les orifices
31, en réalisant ainsi une circulation connue en soi des gaz chauds .
Pour ne faire arriver dans la chambre de chauffage 32 que des gaz de chauffage complètement brû- lés, on donne à la distance x entre les tuyères à air secondaire 40 et les tuyères 39 une valeur suffisante pour que les gaz de chauffage venant du foyer puissent brûler sur le trajet x avec l'air secondaire qui arrive par les tuyères 8 qui constituent la seule arrivée d'air secondaire ¯.
Pour faire fonctionner un dispositif de ce type,on mélange généralement.â l'air de combustion arrivant sous là grille, une fraction de gaz brûlés un peu plus fmrte que dans le dispositif des figures 1 et 2. De même, on règle l'organe de réglage sensible à la température de la grille de façon à obtenir, à l'extrémité de sortie de la grille, une quantité de mâchefer complètement brûlé plus grande que le combustible incandescent et à faire ainsi pénétrer dans le foyer une plus grande quantité d'air secondaire avec les gaz brûlés. Les gaz de chauffage qui pénètrent dans la chambre de mélange 39 contiennent sensiblement moins d'éléments combustibles.
Il suffit alors de faire arriver une quantité d'air secondaire relative- ment faible par les tuyères 40 pour obtenir, au voisinage des tuyères 39, des gaz de chauffage déjà complètement brûlés. Il est facile de maintenir de la manière décrite ci-dessus, dans la chambre de chauffage, des températures d'environ 150 à 500 .
Bien entendu, il est possible de remplacer la grille
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mécanique par d'autres dispositifs mécaniques d'alimen- tation en combustible, par exemple des grilles à chargement par-dessous, ces dispositifs d'alimentation fonctionnant périodiquement , d'un type connu en soi, ou analogues pourvu que des dispositifs permettent de faire arriver une quantité de combustible facile à régler et brûlant d'une manière économique .
De même, le réglage de l'alimentation en combustible peut s'effectuer au moyen de régulateurs connus en soi, autres que ceux du type précité, et il est possible également de mélanger des gaz brûlés avec l'air de combustion de toute autre manière On peut aussi ré- chauffer l'air de combustion, ainsi que l'air secondaire, sans avoir à craindre de surchauffe, puisque la surchauffe peut être compensée à chaque instant en augmentant l'ad- dition des gaz brûlés. Bien entendu, les gaz brûlés peu- vent aussi être aspirés dans la chambre de chauffage 12, avant de passer dans le réchauffeur 23.
Ainsi qu'il est connu, l'oxyde de carbone réduit brûle sensiblement plus lentement que l'hydrogène mis en liberté par l'arrivée d'eau .Par suite, on n'observe pas de surchauffe locale dans le dispositif suivant l'inven- tion . On obtient une flamme modérée et peu intense qui est très avantageuse dans le traitement thermique des métaux.
Si des gaz brûlés pénètrent dans le foyer par des défauts d'étanchéité de la grille, ils y abaissent évidem- ment la température, mais ne diminuent pas le rendement, pourvu qu'on ait soin d'empêcher, par un bon isolement, les gaz brûlés de se refroidir et qu'on fasse en sorte qu'ils entraînent dans le foyer la totalité de leur cha- leur sensible . Il est sans importance à ce propos que la température du mélange de gaz brûlés et d'air de combustion devienne plus basse . Seul le refroidissement extérieur
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des tuyaux 14, 16, ainsi que du ventilateur 15 ferait . diminuer le rendement.
En augmentant d'une manière appropriée l'addition de gaz brûlés à l'air de combustion, on peut même abaisser la température des gaz de chauffage à 800 environ, sans diminuer le rendement de l'installation. Au contraire, étant donné que la température est plus basas, les pertes de chaleur sont moindres, indépendamment de la durée sensi- blement plus longue de la maçonnerie réfractaire . Les installations suivant l'invention peuvent être réglées avec la même précision que celle qui peut être obtenue à l'heure actuelle dans les bons fours de chauffage au gaz ou à l'électricité, mais non dans les installations fonctionnant aux combustibles solides. Le rendement n'est pas inférieur à celui,des bons fours de chauffage au gaz.
C'est pourquoi le fonctionnement avec des combustibles solides est plus économique qu'avec le gaz. La chaleur n'est pas excessive dans le nouveau dispositif, ainsi que cela est inévitable dans les foyers au gaz économiques. A ce point de vue,le nouveau dispositif est sensiblement supérieur aux installations connues à combustible liquide .
Les applications possibles du dispositif suivant l'invention ne sont pas limitées au traitement des métaux, mais conviennent aussi à d'autres traitements thermiques.