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Procédé et dispositif pour accroître la longévité et améliorer le mode de fonctionnement des foyers à grille.
On connaît les difficultés occasionnées par l'évacuation de la chaleur de rayonnement et de convection transmise aux grilles par le combustible en ignition quand on emploie des combustibles à pouvoir calorifique élevé ou dans le cas de réchauffage préala- ble de l'air de combustion, de sorte que les éléments de la gril- le n'ont pour la plupart qu'une durée réduite.
On s'est efforcé d'obtenir le refroidissement nécessaire des grilles de ce genre en employant des barreaux étroits pourvus de hautes ailettes,de façon à établir un rapport favorable entre les surfaces de refroidissement léchées par ltair et les faces supé- rieures absorbant la chaleur..
Cependant, étant donné que le volu- me d'air disponible par unité de surface de la grille ne possède qu'une valeur réduite et peu modifiable pour des raisons écono-
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miques et afférentes à la technique de la combustion, cette divi- sion de la grille en éléments étroits présente cet inconvénient que, même avec un intervalle de 1 à 2 mm. entre chaque paire de barreaux et une limitation dans la disposition des intervalles à une portion de la longueur de ces barreaux, on n'obtient avec le volume d'air disponible, dans les intervalles de passage d'air, qu'une pression dynamique inférieure à la résistance opposée à son passage par le lit de combustible en ignition se trouvant au- dessus.
L'évacuation de l'air de combustion à travers les inter- valles de la grille s'effectue dont essentiellement en fonction de la résistance à son passage, exercée en ce point par le lit de combustible en ignition. Aux endroits où se forme par exemple du mâchefer liquide dans la partie inférieure du lit de combustible, l'évacuation de l'air s'arrête complètement pendant un temps assez long, au grand dommage des éléments.
Le passage des courants de ventilation sous la grille le long de ses éléments qui est nécessaire comme moyen de refroidissement ne répond pas par conséquent d'une façon générale, dans les pro- cédée d'aération employés ordinairement jusqu'ici, aux exigences au! résultent de la Quantité de chaleur passant régulièrement et continuellement du lit de combustible en ignition dans la grille.
De plus, étant donné que, même pour une perméabilité normale du lit de combustible reposant sur la grille, la vitesse de léchage de l'air de refroidissement le long de la face inférieure et des côtés des éléments de cette grille est réduite dans toutes les constructions connues et s'élève en général de 3 à 5 m. par se- conde, le taux de transmission de la chaleur le long de la face supérieure est également de faible valeur. c'est seulement dans l'étroite portion constituée par les côtés des intervalles for- mant tuyères et formée sur chaque élément à l'endroit de la sortie de l'air dans le lit de combustible en ignition au'elle atteint
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des valeurs plus grandes, Cependant cette portion représente une surface beaucoup trop petite pour pouvoir provoquer un utile é- change de chaleur.
Il en résulte qu'avec les procédés d'aération actuels, les conditions de température dans les lits de combustible en igni- tion à température élevée s'établissent comme suit * - Bien que lee éléments présentent des températures de fonctionnement très élevées, s'établissant même souvent au-dessus de 850 C, l'air de refroidissement passant dessus ne subit qu'une élévation de tem- pérature minime, de l'ordre d'environ 100 C et n'est donc, du point de vue de la technique du refroidissement, que très insuf- fisamment utilisé. Mais ceci entraîne la trop rapide détériora- tion des éléments mentionnée ci-avant.
C'est une nécessité technique aussi bien qu'économique de remédier à ce fait, étant donné les sommes importantes représen- tées par les grandes quantités de fer contenues dans les grilles.
Ce but est atteint par la présente invention. Le nouveau procé- dé consiste essentiellement à diriger positivement la totalité ou une partie de l'air de combustion à travers les éléments de la grille pourvus de canaux appropriés en un courant de va-et-vient à vitesse élevée, qui peut être soumis à volonté à un nouvel ac- croissement de vitesse à sa sortie dans le lit de combustible en ignition.
A cet effet, les éléments de la grille présentent sur leur face inférieure une ou plusieurs cavités délimitées par des ailet- tes verticales ou transversales, qui débouchent derrière un obtu- rateur de pression par des orifices de sortie s'ouvrant à la ma- nière de tuyères vers la masse en combustion.
Par suite de la forte turbulence du flux, combinée à la chute de pression élevée avec laquelle celui-ci se déclenche, il en résulte non seulement une augmentation de la longévité des éléments de la grille, due
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à un meilleur refroidissement, mais encore une stabilisation de la combustion par une régularisation de la quantité d'air péné- trant localement dans le lit de combustible en ignition, de même qu'une amélioration du séchage préalable et de l'ignition, sur- tout dans le cas de combustibles humides ou de qualité inférieure.
D'autres détails apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et montrant plusieurs réalisations pos- sibles de l'invention :
Fig. 1 représente en coupe longitudinale par la ligne 1-1 de la Fig. 2 un barreau de grille à gradins avec vue partielle des éléments voisins.
Fig. 2 est une vue de dessous d'un barreau.
Fig. 3 est une vue en coupe transversale de ce barreau par la ligne III-III de la Fig. 2.
Fige. 4 à 15 représentent d'autres réalisations possibles vues de dessous et en coupe.
Les éléments 1 de la grille présentent sur leur face infé- rieure des canaux de circulation d'air 3 de grande surface (Fige. 2 et 3). Ces canaux peuvent être obtenus sous forme de moulages fermés aussi bien qu'ouverte. Dans ce dernier cas, il est bon de les fermer à l'aide d'une plaque de recouvrement 10, soit en fonte ayant le même coefficient de dilatation que la ma- tière principale des éléments de la grille, soit en tôle recuite et fixée par soudure au centre ou sur les côtés, une marge de di- latation et un linteau de fixation étant alors prévus sur l'élé- ment. Au lieu des quatre canaux de circulation d'air juxtaposés représentés sur les Fige* 2 et 3, on peut également en prévoir trois (Fige. 4 et 5) auquel cas l'entrée de l'air dans chaque élément doit se faire judicieusement par derrière.
On peut également n'en prévoir que deux, comme dans les Figs. 6 et 7.
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Dans cette dernière variante, il est bon que l'entrée d'air dans les ailettes de refroidissement se fasse par devant. L'air de refroidissement peut également pénétrer par le milieu des éléments de la grille et les parcourir en deux courante symétriques (Fige. 8 et 9). Par ailleurs, les canaux de circulation d'air de refroidissement peuvent également être disposés l'un au-dessus de l'autre comme représenté sur les Figs. 10 et 11. Enfin le cou- rant d'air de refroidissement peut parcourir chaque élément en faisant des méandres, comme représenté sur les Fige. 12 et 13.
La section des canaux de circulation d'air doit être élargie judicieusement dans le sens de la circulation, pour tenir compte de l'augmentation du volume de l'air, dû à son échauffement.
Pour éviter la formation de courts-circuits due à l'apport accidentel d'air 9 ne traversant pas les éléments de la grille mais passant le long de leurs parois latérales (Fige. 1 et 2) ces éléments sont munis sur leurs côtés, outre la plaque de recouvre- ment 10 mentionnée, de saillies d'étanchéité 4 prenant appui l'une contre l'autre, qui empêchent la pression de s'équilibrer entre l'orifice d'entrée d'air et l'orifice de sortie de chaque élément, et agissant ainsi comme obturateurs de pression.
L'air 9 pénétrant accidentellement par l'obturateur 4 se trouve également accéléré, suivant l'invention, en passant le long des parois extérieures des éléments de la grille, et porté à une vitesse élevée (de l'ordre de 20 à 45 m. par sec.) de sorte qu'il peut également contribuer efficacement à l'évacuation de la cha- leur. cet air auxiliaire 9, rejoint, après son passage à travers l'obturateur, le courant d'air principal 12,
Les intervalles de passage d'air 13 peuvent être disposés des deux cotés de chaque élément (Fige. 1 à 3, 8 et 9) ou seule- ment sur un seul côté (Zigs, 6, 7 et 10 à 15).
La cavité 14 (Fig. 1) peut être pratiquement isolée de
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l'extérieur sur chaque élément, latéralement et sur sa partie in- férieure, de sorte que l'air ayant circulé à. travers chaque élé- ment de la grille ne puisse pénétrer dans le lit de combustible en ignition 2 que par les points de sortie 5 prévus à cet effet.
La construction peut encore être étudiée de fason que les courants d'air de refroidissement de tous les éléments d'un étage de grille débouchent dans une cavité commune 14 située entre l'ob- turateur de pression 4 et les points de sortie d'air 5 des éléments de la grille, de sorte que l'air 12 ayant parcouru un élément de la grille puisse pénétrer dans le lit en ignition 2 par exemple par les points de sortie d'air 5 d'éléments voisins ou situés sur la même rangée.
Grâce à cet agencement,même les éléments de grille dont le point de sortie d'air se trouve momentanément reporté après le lit en ignition, par exemple par suite de l'accumulation de mâchefer liquide, sont parcourus par de l'air de refroidissement.
Ce nouveau mode de circulation d'air dans les éléments de la grille décrit ci-dessus permet de prévoir beaucoup moins de points de sortie d'air 5 de la grille par unité de surface qu'il n'est possible de le faire avec les procédés habituels, en favori- sant ainsi l'accroissement de la vitesse de circulation le long de toutes les surfaces exposées au soufflage sous grille.
Dans le cas de grilles à gradins se déplaçant l'un par rap- port à l'autre, où la partie inférieure de la cavité 14 est cons- tituée par la partie supérieure des éléments faisant partie du gradin inférieur, il faut veiller à assurer la fermeture étanche de la cavité 14 vers l'espace d'entrée d'air 15 pendant toute la course des éléments.
Ce mode de circulation d'air de refroidissement peut égale- ment trouver son application sur les éléments de grilles horizon- tales ou de grilles mobiles.
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Etant donné que dans la disposition de la grille conforme à l'invention, l'énergie mécanique imprimée à l'air de combustion par le dispositif de soufflerie sous grille se trouve constamment libérée à l'endroit de plus grand étranglement, on obtient une net- teté beaucoup plus grande des intervalles qu'il n'est possible avec les dispositions actuelles.
La tendance au décrassage de l'air de refroidissement et de l'air de combustion, qui résulte de l'action automatique de la pression agissant dynamiquement à l'endroit le plus étranglé, peut encore être renforcée d'une manière bien connue en utilisant des intervalles en tuyères coniques évasés vers le bas avec des parois mobiles (Fig. 6. élément central). La largeur des saillies 7 agis sant comme obturateurs et prévus sur les côtés des éléments mobiles est dans ce cas augmentée de l'ampleur du déplacement, contraire- ment à celle des contre-saillies 4 avec lesquelles elles coopèrent.
Des éléments de grilles placés l'un derrière l'autre peuvent être disposés de manière telle que leurs points d'évacuation d'air soient au même niveau. Afin d'obtenir un soufflage aussi régulier que possible sur le lit de combustible en ignition, les points d'é- chappement de l'air peuvent être déplacés d'une demi-largeur d'é- lément sur chaque gradin.
Pour rendre impossible le soulèvement d'éléments isolés de la grille par l'effet de la dilatation, on peut prévoir des pattes de retenue 8 (Fige* 14 et 15) qui s'appliquent sous chaque élément voisin.
Le guidage de la portion d'air de combustion parvenant sur chaque élément à grande vitesse. dans un canal relativement long ayant une grande surface de parois, l'utilisation en circuit de tuyères d'évacuation possédant des surfaces latérales aussi grandes aue possible combinée à l'augmentation de la vitesse de l'air de refroidissement et de l'air de combustion.
ainsi que la réduction
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du nombre de points d'évacuation de l'air de la grille par unité de surface,permettent d' obtenir , d'une part, une absorption beau- coup plus grande de chaleur par l'air de combustion et, d'autre part, un refroidissement beaucoup plus efficace des éléments de la grille qu'avec le système de guidage de l'air en dessous de la grille employé jusqu'ici, réalisé avec des courants parallèles passant dans des canaux ouverts et avec une évacuation directe et immédiate vers le lit de combustible en ignition.
Par la concentration du courant d'air de refroidissement sur un long canal de section relativement étroite, on obtient dans chaaue élément isolé, avec la quantité d'air spécifique néces- sitée techniquement par la combustion, une telle chute de pres- sion dynamique (correspondant par exemple à une colonne d'eau de 100 à 120 mm. et plus) que celle-ci dépasse de beaucoup la résis- tance à la pénétration opposée par le lit de combustible en igni- tion (d'un ordre de grandeur de 30 à 60 mm. de colonne d'eau) de sorte que la quantité d'air sortant dans le lit en ignition est pratiquement indépendante des fluctuations de sa résistance.
La chute de pression dynamique importante qui se produit dans chaque élément isolé de la grille peut être utilisée pour obtenir non seulement un refroidissement extrêmement efficace, mais éga- lement plusieurs effets secondaires extrêmement intéressants du point de vue de la technique de la combustion en assurant par là même une stabilisation du régime de combustion grâce à la répar- tition uniforme de la quantité d'air pénétrant en un certain point dans le lit de combustible en ignition, ainsi qu'une amélioration de la dessiccation préalable et de l'allumage de combustibles hu- mides ou de qualité inférieure.
Dans des conditions normales de pénétration de l'air dans le lit en ignition, par conséquent pour une faible résistance de ce
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lit de combustible par rapport à la pression de soufflage (par exemple 200 mm. de colonne d'eau), l'énergie de l'air de combus- tion se trouve en grande partie annulée dans les canaux de refroi- dissement et dans les fentes d'évacuation. Mais ceci a pour ré- sultat que, même aux endroits où le recouvrement des éléments par le lit de combustible est faible ou nul, seule une très faible augmentation (environ de 10 à 15) de la quantité d'air sortant est possible comparativement au taux normal, de sorte qu'il ne peut se produire aucune rupture formant cratère.
Ceci est particuliè- rement important dans le cas de combustible à gros grain dont la résistance à la pénétration disparaît .mais aussi dans le cas de certains combustibles dont la couche peut avoir tendance à présen- ter une certaine instabilité aérodynamique.
Au contraire, si la résistance du lit de combustible a ten- dance à augmenter au-dessus d'un élément de la grille, entraînant par là même une réduction de la quantité d'air traversant ce lit, la chute de pression par étranglement que subit la quantité d'air réduite dans les canaux de l'élément considéré diminue de façon notable, comme la pression de soufflage dans la zone intéressée de la grille conserve au moins dans ce cas sa valeur initiale, la pression partielle disponible pour la pénétration dans le lit de combustible augmente d'autant par suite de la forte chute de pres- sion par étranglement indiquée ci-dessus, et assure ainsi la com- bustion complète du lit de combustible même aux endroits où cette couche est plus épaisse ou à ceux auxquels du mâchefer liquide s'est formé,
de même que l'évacuation continue de chaleur à partir de l'élément de grille situé au-dessous. En adoptant pour cons- truire la, grille des éléments ayant une conformation suivant l'in- vention, on augmente ainsi le domaine d'emploi des combustibles utilisables avec des foyers à grilles, en ce qui concerne la gros- seur ou la différence des grains utilisables, ainsi que les bas
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points de fusion du mâchefer.
Si l'augmentation de la résistance à la pénétration du lit de combustible s'étend sur toute une zone de la grille ou sur des parties importantes de celle-ci, il se produit de plus, par suite du fait que le rendement est fonction des caractéristiques de la pression de soufflage, une élévation de la pression active sur cette zone, donc de la pression d'entrée de l'air dans les canaux de refroidissement. De ce fait, le retour de la pression de souf- falge à travers le lit de combustible à sa valeur normale se trou- ve favorisé.
La bonne transmission de la chaleur des éléments à l'air de combustion et le réchauffage efficace de celui-ci favorise égale- ment la dessiccation et l'allumage rapide de combustibles humides ou pauvres pour d'autres raisons. Si l'allumage d'un tel combus- tible, par exemple à cause d'un pouvoir calorifique local particu- lièrement bas du lit de combustible en ignition porté par la gril- le ou d'une augmentation de rendement devenant rapidement néces- saire, a tendance à ne pas s'effectuer, les éléments agencés sui- vant l'invention agissent comme emmagasineurs-récupérateurs de chaleur, facilitent par la transmission à l'air de combustion de la chaleur emmagasinée le maintien de la température d'allumage,
et contribuent ainsi de façon précieuse à la stabilisation de la combustion dans le lit de combustible. Non seulement la sécurité de fonctionnement se trouve ainsi considérablement augmentée dans le cas de combustibles à faible pouvoir calorifique, mais le ren- dement calorifique des foyers à grilles par unité de surface est notablement accru.
Pour contrôler les conditions thermiques supportées par les éléments, donc pour obtenir une augmentation aussi importante que possible de leur longévité, on peut installer en des endroits appropriés de la grille des témoins de température de type connu,
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qui peuvent agir au choix sur un appareil de mesure indicateur ou enregistreur.
Les détails de réalisation peuvent varier sans s'écarter de l'invention dans le domaine des équivalences mécaniques.
R é s u m é .
1. Procédé pour accroître la longévité et améliorer le mode de fonctionnement des foyers à grilles, caractérisé par le fait que la totalité ou une partie de l'air de combustion est guidée impérativement à grande, vitesse selon un courant animé d'un mouve- ment de va-et-vient à travers les éléments de la grille pourvus de canaux appropriés.
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