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RECHAUFFEUR D'AIR A REGENERATION.
Dans les réchauffeurs d'air dits régénérateurs, particulièrement dans les réchauffeurs de vent des hauts fourneaux (cowper), on a réussi depuis de nombreuses années à vaincre une série de difficultés d'exploitation et à rendre cette exploitation plus économique. De même on adéjà reconnu que les questions de circulation des fluides jouent un grand rôle. Mais on a méconnu que de grandes capacités de distribution et de répartition de cha- que côté du régénérateur sont déterminantes par la qualité de la circulation à travers le régénérateur. Il est possible,'par une meilleure solution de ce point de vue, de faire de nouveaux progrès en vue de réaliser des régéné- rateurs plus économiques.
Ces progrès se caractérisent par : une diminution des dépenses d'exploitation et des réparations, une meilleure conservation des maçonneries avec, en même temps, une dépense plus réduite d'établissement de ces maçonneries, etc.... De meilleurs résultats sont ainsi obtenus aussi bien pour le garnissage du régénérateur que pour les parties constituant la coupole. En outre ces progrès permettent également d'élever de manière plus économique la température de l'air chaud et d'abaisser de même façon la tem- pérature des gaz évacués.
'Les grandes capacités de répartition prévues à chaque extrémité, de même que au-dessus et au-dessous du régénérateur, sont d'une aussi grande importance parce que, d'une part, pour le courant d'amenée au régénérateur, c'est-à-dire pour la phase d'amenée de l'air, la capacité disponible sous la grille du régénérateur, et, pour la phase de passage du gaz, la capacité de la coupole au-dessus du régénérateur, constituent un diffuseur à élargis- sement brusque de dimensions exceptionnellement grandes avec déviation du courant de 90 et de 1800 respectivement, par rapport au raccord d'entrée d'air et à l'extrémité de la chambre de combustion.
D'autre part, la section libre de passage dans le régénérateur, c'est-à-dire la somme des sections des canaux réfractaires, rapportée également au raccord d'entrée d'air et à la sortie de la chambre de combustion, représente
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encore un diffuseur dont la résistance de passage, dans les modes de combus- tion usuels, n'est pas suffisante pour l'obtention, dans le régénérateur, d'une répartition de courant régulière même dans une certaine mesure. Ces considérations sont valables même dans le cas le plus favorable ou l'arrivée des courants dans ces capacités de répartition est régulière ou dans une certaine mesure régulière, ce qui cependant n'est fréquemment pas le cas aux raccords d'air froid.
Dans la capacité de la coupole, ces considérations ont une importance particulière pour cette capacité elle-même, du fait que la répartition non contrôlée des vitesses aboutit facilement à une fatigue excessive des coupoles, laquelle devient encore plus spécialement critique parce que la répartition des vitesses sur la paroi des coupoles est absolu- ment différente pendant la phase à air 'et la phase à gaz, les vitesses étant élevées dans le dernier cas et réduites dans le premier cas, l'air, pour des raisons de température ayant une densité plus grande que le gaz et ne,pouvant, en conséquence, chasser le gaz que difficilement.
Cette répartition irrégulière des courants dans les canaux des régénérateurs qui est déjà-connue, est encore renforcée parce que les points à vitesse locale élevée ne coïncident pas avec les points à vitesse réduite.
Le cas se produit donc de canaux qui supportent une amenée de chaleur impor- tante pendant la phase de marche au gaz et qui, pendant la phase de marche à l'air, ne reçoivent que peu d'air absorbant la chaleur et inversement.
Etant dpnné que la conductibilité de la pierre est mauvaise, ces conditions de marche du réchauffeur d'air doivent être considérées comme critiques.
Les connaissances récentes ont mis en évidence ces critiques des réchauffeurs d'air et les moyens, suivant l'invention, permettant de suppri- mer ces défauts, sont d'une importance particulière pour le développement satisfaisant des réchauffeurs d'air.
L'invention a pour objet un réchauffeur d'air ou régénérateur caractérisé par ce que, en vue de l'amélioration et notamment de la réparti'-' ' tion plus étendue et plus régulière du courant circulant, en vue de l'amélio- ration et de la régularisation des charges thermiques et des usures dans la phase de marche au 'vent et-ou- dans la phase de marche aux gaz et en vue de l'égalisation dans la répartition des vitesses de passage sur toute la section du régénérateur pendant les deux phases, ledit régénérateur-est pour-' vu de moyens disposés ou montés dans le régénérateur pour influencer ou régler la circulation des courants,
4moyens connus-en soi-et agissant-de préférence suivant le lois de l'écoulement des fluides pour réaliser une traversée aussi régulière et uniforme que possible du régénérateur par le courant.
Conformément à l'une des dispositions suivant l'invention, on utilise des moyens répondant à la technique d'écoulement-des fluides qui pro- curent une régularisation du courant d'après les résistances au passage, moyens tels que par exemple : grilles ou tamis d'étranglement, seuls ou en disposi- tions groupées, amémostats ou analogues.
Par l'emploi de tels moyens, par ' exemple sous la grille du régénérateur on obtient sous cette grille une près-' sion assez constante et pratiquement grâce à une réduction de la vitesse au- tant que possible aussitôt après l'entrée de l'air froid pendant la phase de marche à l'air froid; bien entendu, il se produit dans ce cas, comme conséquence de la résistance volontairement créée, une chute de pression qui peut cependant être acceptée eu égard aux autres grands avantages obtenus.
Dans une autre dispositipn suivant l'invention, on utilise des moyens, agissant sur la circulation du courant qui ont pour effet une régu- .larisation du courant suivant la technique des filets fluides, c'est-à-dire avec des résistances faibles ou totalement supprimées et en évitant'le plus possible les tourbillons.
De tels moyens sont par exemple-: des arrondis, des surfaces déflectrices de guidage, ou des corps de guidage, des surfaces disposées en forme de voilure, des moyens et dispositions pour le contrôle et la régularisation de l'écoulement aux endroits d'élargissement brusque de la section et dans les déviations brusques de la directive d'écoulement
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dea moyens pour ordonner et régler ou égaliser les arrivées de courants dé- sordonnés, tels que par exemple des corps ou des surfaces de guidage disposés parallèlement à la direction d'écoulement ou obliquement par rapport à elle ou des tôles déflectrices en coopération avec, par exemple, des surfaces de guidage disposées en forme de voilure.
Ces moyens procurent, par exemple dans la phase de marche à l'air, étant disposés sous la grille du régénéra- teur, une chute instantanée de la vitesse d'écoulement après l'entrée de l'air froid et,cela avec augmentation de la pression, ce qui représente une répàr- tition de courant avec peu de pertes ou pratiquement sans aucune perte.
Une autre disposition suivant l'invention qui procure et renfor- ce l'effet obtenu par la répartition des chambres de combustion et des régé- nérateurs de telle manière qu'on dispose de deux chambres partielles et de deux régénérateurs partiels dans lesquels les sections ont des surfaces ac- cordées l'une avec l'autre.
D'autres dispositions de l'invention en vue d'une meilleure ré- ' partition et déviation du courant pendant la phase de marche au gaz, grâce à des arrondis de l'extrémité de la chambre de combustion au passage dans la coupole; en outre également en vue du rapetissement essentiel du diffuseur entre la chambre de combustion et le générateur, grâce à des courbures nou- velles des raccords de couplage, de préférence une forme annulaire de l'es- pace de couplage, tout en conservant cependant le mode de construction con- ventionnelle du réchauffeur d'air.
La description ci-après se rapporte à des formes d'exécution con- formes à l'invention, données à titre d'exemple, à l'aide des dessins joints dans lesquels ;
Les figs. 1 et 2 représentent en coupe verticale et horizontale la capacité sous la grille d'un régénérateur.
La fig. 3 est une coupe partielle verticale de la même capacité dans une autre forme de réalisation.
Les figs. 4, 5, 6 sont des représentations en coupe horizontale de quelques variantes d'exécution.
Les figs. 7 et 8 sont des coupes horizontales et verticales d'un autre mode de disposition de la capacité sous grille.
Les figs. 9 et 10 sont d'autres coupes horizontales de capacité sous grille.
Les figs. 11 et 12 montrent en coupe verticale et horizontale une autre variante avec chambre de combustion centrale.
La fig. 13 montre un exemple d'application de l'invention dans la zône de la coupole du régénérateur.
La fig. 14 est un diagramme de répartition des vitesses pendant la phase de marche au gaz.
La fig. 15 est,,,un diagramme de répartition des vitesses pendant la phase de marche à l'air.
Les fig. 16, 17, 18 montrent respectivement en coupe verticale, en coupe horizontale et en coupe circulaire développée, une coupole avec capacité annulaire.
Les figs. 19 et 20 montrent en perspective les éléments montés sur la chambre de combustion.
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Les figs. 21, 22, 23 montrent en coupe verticale, horizontale et circulaire développée la zône de la coupole du régénérateur.
Les figs. 24.et 25 sont des coupes horizontales-de régénérateurs avec différentes dispositions pour la chambre de combustion et la grille de sortie.
La figure 1 est une coupe verticale à travers la partie infé- rieure du régénérateur et la figure 2 une coupe de la figure 1. L'enveloppe 1 du réchauffeur d'air, en acier ou en matériau réfractaire contient disposés côte à côte : la chambre de combustion 3, dont la section est ici ronde mais qui peut être également elliptique ou analogue, puis le régénérateur 4 en matériau réfractaire, et, en dessous, la grille 5, les traverses porteuses 6 et les piliers 7. portant la grille. La sortie des gaz 8 évacue les gaz brûlés, pendant la phase de marche au gaz. Dans la phase de marche à l'air, le trajet du courant comporte'- des augmentations brusques de section et des déviations brusques de direction, la somme des sections de passage des canaux du régénérateur étant nettement plus grande que la section d'entrée de 1-'air froid 9.
Conformément à l'invention, pour régulariser ce courant, et pour obtenir une répartition aussi régulière que possible et une pénétration du courant dans tous les canaux 10, on dispose des moyens de réglage du courant à l'entrée d'air froid 9 ou dans cette entrée.
Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, les surfaces de guidage II, étagées en voilure ver- ticalement dans et contre l'entrée d'air froid 9, assurent une répartitioh du courant daris le plan horizontal. :En même temps la déviation du courant vers le haut et la répartition ultérieure du courant pour qu'il frappe éga- lement et uniformément les canaux 10, sont assurées par des moyens de régla- ge de l'écoulement qui sont disposés avec une extension principale horizon- tale et qui sont.. dans ce cas, des surfaces de guidage étagées en voilure 12.
En conjugaison avec les surfaces de guidage 12 est disposée une tôle déflectrice ou de recouvrement 13 qui peut également, comme représenté en tireté, être complétée jusqu'à constituer un corps plein 14. Le trajet ap- proximatif du courant est représenté par les flèches 15.
Dans la variante de la figure 3y une tôle de guidage inclinée vers le bas 16 est disposée devant l'entrée d'air froid 9 de sorte que en coopération avec les surfaces de guidage étagées en voilure 12, elle assure une répartition spécialement bonne du courant suivant les flèches 15.
Conformément à la figure 4 on peut également obtenir l'épanouis- sement horizontal du courant en disposant une entrée d'air froid 9 qui se divise en fourche à, par exemple, deux branches droite et gauche 17 et 18, disposition réalisée pratiquement au moyen d'une tôle déflectrice en arc de cercle ou analogue 19, le cas échénat percée d'orifices de passage. En vue de la déviation du courant d'air froid entrant par l'arrivée 9, en deux cou- rants symétriques avec le minimum de perturbations, on dispose deux jeux 20, 21 de surfaces de guidage étagées en voilure ou différemment, par exemple des aubes déflectrices.
A l'extrémité des canaux ou branches 17, 18, dans la disposition représentée en conjonction avec les extrémités de la tôle de guidage 19, on prévoit un autre jeu 22, 23 de surfaces de guidage étagées en voilure ce qui assure un épanouissement particulièrement favorable du courant dans le plan horizontal suivant les flèches 15.
Dans le cas d'arrivée tangentielle de l'entrée d'air froid 9 en suivant la figure 5, on dispose,une cloison de guidage ou une tôle de recou- vrement ou un corps de guidage 24 qui coopère là encore avec un jeu 25 de surfaces de guidage étagées en voilure, ce qui, à nouveau, assure une répar- tition uniforme et sans remous du courant suivant les flèches 15.
Dans la figure 6 l'entrée d'air froid 9 est en direction radiale
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par rapport à l'enveloppe 1. On dispose alors, ici encore, dans une position sensiblement en arc de cercle des surfaces de guidage étagées en voilure 26 à l'intérieur près de l'entrée d'air froid 9 et de préférence symétriquement par rapport à la tôle de guidage médiane, plane ou recourbée 27, le cas échéant perforée, en face de l'arrivée d'air froid 9.
Dans la forme de réalisation de la figure 7, il est prévu, à l'in- térieur de l'enveloppe, une maçonnerie puissante, 28, la chambre de combus- tion 3 étant disposée latéralement et présentant une section sensiblement lenticulaire. Dans cette forme d'exécution, il est prévu plusieurs piliers supports de grille 7, et dans une telle disposition, il est recommandé, sui- vant l'invention, de disposer un jeu de surfaces de guidage étalées en voi- lure 29 de la même façon que dans la figure 6. Le cas échéant on dispose également de telles surfaces 29 tout autour des supports de grille 7, près de l'entrée d'air froid 9.
La figure 8 représente une section transversale de la figure 7 dans laquelle, pour plus de clartéon a supprimé les supports de grille 7 et les surfaces de guidage qui leur correspondent. L'entrée d'air froid 9 présente un élargissement 30 en forme de diffuseur, vers le haut, au commen- cement duquel est placé une tôle 31 inclinée vers le bas, qui coopère avec les surfaces de guidage étagées en voilure 32 et qui assure, avec celle-ci, une répartition favorable et sans remous du courant d'air suivant les flèches 25.
Une autre variante est représentée fig. 9 dans laquelle, dans l'entrée d'air froid 9 qui est prévue rouble, et dans le voisinage des sup- ports de grille 7, on a prévu des surfaces de guidage ou des jeux de surfaces de guidage 33, qui assurent une bonne répartion du courant même dans ces con- ditions défavorables.
D'après la figure 10, on peut également prévoir, dans le cas de disposition symétrique de l'entrée d'air froid 9, des surfaces de guidage ou des jeux de surfaces placées les unes derrière les autres 34, 35, 36 à chaque emplacement critique, de préférence de telle sorte que la distance des surfaces de guidage 34, 35, 36 au plan horizontal de symétrie'diminue à mesure que les surfaces 34, 35, 36 sont plus éloignées de 1-'entrée d'air froid 9.
Dans les figures 11 et 12, la chambre de combustion 3. est dispo- sée au centre et peut comporter une paroi extérieure ronde ou plane 39.
Dans ce dernier cas, la paroi 39 divise le réchauffeur d'air en deux parties.
Près de l'entrée d'air froid 9, qui est dans ce cas prévue double et disposée diamétralement, la répartition uniforme du courant peut être obtenue au moyen d'un tamis en corbeille ou analogue 40 ou au moyen de corps en forme d'ané- mostat 41. Ces corps 41 peuvent être aussi galbés en arcs et disposés l'un derrière l'autre; ilspeuvent aussi être réalisés comme des tamis de laminage du courant inclinés ou horizontaux ou verticaux en disposition isolée ou grou- pée, notamment en positions combinées. En outre, l'entrée Si'air froid 9 peut être amenée plus loin dans l'espace compris sous la grille et être ramifiée.
I1 peut être muni de surfaces de guidage spécialement aux points d'élargis- sement de section et de déviation de directives. Les ouvertures de sortie peuvent alors également être munies de moyens de réglage du courant tels que tamis,-anémostats,ou surfaces de guidage étagées en voilure, etc.... Les mêmes dispositifs sont également possibles pour une disposition latérale de la chambre de combustion, que ceux vus précédemment pour le cas de chambre de combustion centrale.
La figure 13 montre une coupe verticale à travers la zôhe de la coupole. L'enveloppe 1 est recouverte par la coupole 42, le régénérateur 4 pouvant dans ce cas présenter à son extrémité supérieure une forme en escalier.
Conformément à l'invention, ces décrochements, ou marches 43, 44 sont pour-
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vus d'arêtes chanfreinées ou arrondies 45. I1 est important en plus que la partie supérieure de paroi intérieure 47 de la chambre de combustion 3 présente un arrondi aussi grand que possible qui coopère avec les marches 43, 44 pour réaliser une bonne répartition du courant pendant la phase de marche au gaz et une traversée régulièrement répartie entre tous les canaux 10 du régénérateur 4, ce à quoi contribue également la forme aplatie de la coupole voûtée 42.
Dans la figure 14, le diagramme de répartition des vitesses re- présente en tireté 49 les conditions de la phase de marche aux gaz. Comme elles se présentent dans les modes de construction actuels, c'est-à-dire une répartition très inégale des vitesses dans la section du régénérateur 4.
La figure 15 représente également par le tireté le diagramme 5. 0 de répartition des vitesses pendant la phase de marche à l'air dans les mê- mes conditions. I1 est visible que ces* deux diagrammes relatifs à un réchauf- feur d'air usuel, ne correspondent pas entre eux faute de comporter les moyens caractéristiques de l'invention. Là où la vitesse dans le diagramme 49, est élevée, elle est dans le diagramme 50 au moins plus petite sinon inversée, de sorte qu'il se constitue dans le régénérateur des zones à chauffage et refroidissement irréguliers.
Suivant l'invention, les répartitions de vitesse réelles, repré- sentées par les diagrammes 51 et 52 des figures 14 et 15, se rapprochent con- sidérablement des courbes idéales et ainsi l'utilisation du réfrigérateur est améliorée et sa charge thermique égalisée, les surcharges locales étant éliminées.
Suivant les figures 16 et 18, le guidage et la répartition cor- rects des courant fluides est obtenue grâce au fait que la capacité de la coupole est en forme d'anneau 53. la coupole proprement dite 54 représente donc un anneau dont la coupe est sensiblement un demi-cercle, un pilier central 55 étant prévu au centre de l'anneau. Entre ce pilier 55 et la cou- pole 54 peut rester libre une fente 56 qui sert à équilibrer les dilatations thermiques. Le régénérateur 4 est ensuite disposé près de la chambre de com- bustion 3, en rond autour du pilier central 55. Vers l'extérieur la coupole s'appuie sur le revêtement d'habillage 28, qui est enveloppé ensemble avec la coupole par une. -enveloppe 1.
Syr l'arête supérieure 57 de la chambre de combustion 3 sont dis- posés des corps de guidage 58, montés ou maçonnés, lesquels répartissent le courant sortant de la chambre de combustion 3 vers les deux côtés, suivant les flèches 59, de sorte qu'on obtient un balayage régulier ou dans une cer- taine mesure régulier des ouvertures des canaux et une 'traversée également régulière desdits canaux 10 du régénérateur 4. En outre, on peut, de la ma- nière déjà indiquée, réunic l'arête supérieure du régénérateur 4 avec des étages décalés en escalier 60, 61, 62, lesquels peuvent être également chan- freinés ou arrondis.
Suivant la figure 19, les corps de guidage 58 sont maçonnés sur une arête horizontale 57 de la chambre de combustion 3; il est cependant éga- lement possible, conformément à la figure 20, et cela est avantageux de donner à la chambre de combustion 3 une forme arrondie 63 à son extrémité supérieure'.
Ia circulation du courait est représentée par les flèches 59. De tels amé- nagements .sont également possibles lorsqu'on a la disposition de la figure 13, c'est-à-dire avec une grande,'coupole et spécialement avec un arrondi su- périeur de la chambre de combustion. ils sont également possibles avec une chambre de combustion centrale et avec des chambres de combustion réparties et des régénérateurs tels que ceux décrits plus loin dans les figures 24 et 25.
Tandis que dans les figures 16 à 20 la chambre de combustion est
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de forme ronde, les figures 21 à 23 représentent une chambre de combustion 3 à section ovale, qui présente, dans ce cas, une double paroi (2.64). Cette disposition correspond aux figures 16 à 18, mais cependant, spécialement avec la forme élargie de la chambre de combustion représentée figure 22,on peut renoncer à l'emploi de corps de guidage 58. La proportion entre la sur- face de section de la chambre 3 et de la section totale des canaux 10 du ré- générateur est ici la plus avantageuse.
Un autre moyen d'influencer la circulation du courant est repré- senté figures 24 et 25'. Dans ce cas, on a prévu plusieurs chambres de com- bustion, par exemple deux 'et un ou plusieurs chambre de combustion, par exem- ple deux et un ou plusieurs régénérateurs, deux dans cet exemple. La sépa- ration est faite par des cloisons 65, 66, 67 qui ne s'étendent que jusqu'à l'arête supérieure du régénérateur 4, tandis que les cloisons 67, 68, ou bien s'arrêtent au sommet du régénérateur, ou bien, et de préférence, s'éten- dent jusqu'à la coupole, le cas échéant en laissant un joint de largeur réduite pour permettre les dilatations thermiques sans danger.
Suivant la moitié de gauche de la figure 25, on peut également prévoir une chambre de combustion centrale sous forme approximative d'un rectangle aplati, avec un@régénérateur 4 de chaque côté d'elle. Suivant la moitié de droite de la figure 25, cette chambre peut être également partagée en deux chambres partielles 69, 70, avec séparation par une cloison 71 qui partage également le régénérateur 4 en deux régénérateurs partiels 72, 73.
La cloison 74.entre les deux chambres de combustion 69, 70 et entre les deux régénérateurs 72, 73 ne monte que jusqu'à la partie supérieure des régéné- rateurs partiels tandis que la cloison 71 monte jusqu'au toit de la coupole, ou bien encore le toit de la coupole est abaissé à cet endroit jusqu'à la hauteur des cloisons 67, 68, toujours en ménageant un joint de dilatation.
Dans la figure 24 le rapport entre la section de passage de la chambre de combustion et du régénérateur est beaucoup moins différente de l'unité que dans les dispositions usuelleso De ce fait, on obtient une meil- leure répartition du courant. De tels partages de section peuvent égaiement être appliqués dans les exemples précédents et avec succès.
Pour améliorer davantage la répartition du courant on peut éga- lement utiliser les moyens décrets dans les exemples précédents ou d'autres connus en soi, qui influencent 1-'écoulement du courant.
On évitera les cônes de surchauffe locale ou on réduira leur éventualité.
En outre, les chambres de combustion 69, 70 peuvent, par exemple, présenter une section qui augmente du bas vers le haut, et selon les circons- tances, avec changement de forme de la section, de ronde en vale ou rectan- gulaire ou autre forme à plus grande surface.
En outre, il est possible de choisir la section de tous les ré- chauffeurs, rectangulaire ou carrée et de grouper plusieurs réchauffeurs en un ensemble de constructions ou une batterie, auquel cas les pertes par con- vection sont diminuées.
Enfin, il est possible par un choix approprié des matériaux (fig.
24) de faire marcher en même temps une moitié du régénérateur en phase à 1-'air et l'autre en phase au gaz.
Une particulàrité très importante de l'invention est que les moyens employés pour influer sur la circulation du courant9 et spécialement 1-'emploi des surfaces de guidage étagées en voilure, seules ou en conjugaison avec des plaques spéciales de déflection, des corps de guidage, etc.... permettent d'admettre une arrivée très irrégulière des courants fluides sans que
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leur efficacité soit compromise. En d'autres termes, on parvient à régula- riser, avec de telles surfaces de guidage, même un courant très irrégulier soit d'air, soit de gaz. Cette amélioration est également possible par l'emploi de moyens utilisant les principes de résistance au passage des fluides, toutefois en tenant compte de ce que la résistance au passage de l'installation se trouve augmentée.
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REGENERATION AIR HEATER.
In so-called regenerative air heaters, particularly in blast furnace wind heaters (cowper), it has been successful for many years to overcome a series of operating difficulties and to make this operation more economical. Likewise, it has already been recognized that questions of fluid circulation play a large role. However, it has been overlooked that large distribution and distribution capacities on each side of the regenerator are decisive for the quality of the circulation through the regenerator. It is possible, by a better solution from this point of view, to make further progress towards achieving more economical regenerators.
This progress is characterized by: a reduction in operating and repair costs, better conservation of the masonry with, at the same time, a lower expenditure for establishing these masonry, etc. Better results are thus obtained. both for the lining of the regenerator and for the parts constituting the dome. In addition, these advances also make it possible to raise the temperature of the hot air more economically and similarly to lower the temperature of the exhaust gases.
'The large distribution capacities provided at each end, as well as above and below the regenerator, are also of great importance because, on the one hand, for the feed current to the regenerator, it' that is to say for the air supply phase, the capacity available under the regenerator grid, and, for the gas passage phase, the capacity of the dome above the regenerator, constitute a diffuser with Sudden widening of exceptionally large dimensions with current deviation of 90 and 1800 respectively, relative to the air inlet connection and at the end of the combustion chamber.
On the other hand, the free passage section in the regenerator, that is to say the sum of the sections of the refractory channels, also referred to the air inlet connection and to the outlet of the combustion chamber, represents
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again a diffuser whose flow resistance, in the usual modes of combustion, is not sufficient to obtain, in the regenerator, a regular current distribution even to a certain extent. These considerations are valid even in the most favorable case where the arrival of currents in these distribution capacities is regular or to a certain extent regular, which however is frequently not the case with cold air connections.
In the capacity of the dome, these considerations are of particular importance to that capacity itself, since the uncontrolled distribution of speeds easily results in excessive fatigue of the domes, which becomes even more especially critical because the distribution of speeds on the wall of the domes is absolutely different during the air phase and the gas phase, the speeds being high in the latter case and reduced in the former case, the air, for temperature reasons having a higher density. larger than the gas and, consequently, being able to expel the gas only with difficulty.
This irregular distribution of the currents in the channels of the regenerators, which is already known, is further reinforced because the points at high local speed do not coincide with the points at reduced speed.
The case therefore arises of channels which withstand a large supply of heat during the gas operation phase and which, during the air operation phase, receive only a little heat absorbing air and vice versa.
Since the conductivity of the stone is poor, these air heater operating conditions should be considered critical.
Recent knowledge has brought to light these criticisms of air heaters and the means according to the invention for eliminating these defects are of particular importance for the satisfactory development of air heaters.
The subject of the invention is an air heater or regenerator characterized in that, with a view to improving and in particular the more extensive and regular distribution of the circulating current, with a view to improving ration and regularization of thermal loads and wear in the windward phase and / or in the gas operating phase and with a view to equalizing the distribution of passage speeds over the entire section of the regenerator during the two phases, said regenerator is provided with means arranged or mounted in the regenerator to influence or regulate the flow of currents,
4means known per se and preferably acting according to the laws of the flow of fluids to achieve as regular and uniform as possible the flow of the regenerator by the current.
In accordance with one of the arrangements according to the invention, means are used corresponding to the fluid flow technique which provide a regularization of the current according to the resistances to the passage, means such as for example: grids or throttle screens, singly or in grouped arrangements, amemostats or the like.
By the use of such means, for example under the grid of the regenerator, a fairly constant pressure is obtained under this grid and practically by reducing the speed as much as possible immediately after entering the air. cold air during the cold air running phase; of course, as a consequence of the resistance created voluntarily, there occurs in this case a pressure drop which can however be accepted in view of the other great advantages obtained.
In another arrangement according to the invention, means are used, acting on the flow of the current which have the effect of a regularization of the current according to the technique of fluid threads, that is to say with low resistances or completely removed and avoiding vortices as much as possible.
Such means are for example: roundings, deflecting guide surfaces, or guide bodies, surfaces arranged in the form of a wing, means and arrangements for controlling and regulating the flow at the places of widening abrupt cross-section and in abrupt deviations of the flow direction
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dea means for ordering and regulating or equalizing the arrivals of disordered currents, such as for example bodies or guide surfaces arranged parallel to the direction of flow or obliquely with respect to it or deflector sheets in cooperation with, for example example, guide surfaces arranged in the form of a wing.
These means provide, for example in the air running phase, being placed under the regenerator grid, an instantaneous drop in the flow speed after the entry of cold air and, this with an increase of pressure, which represents a repetition of current with little or almost no loss.
Another arrangement according to the invention which provides and reinforces the effect obtained by distributing the combustion chambers and the regenerators in such a way that there are two partial chambers and two partial regenerators in which the sections have surfaces matched to each other.
Other arrangements of the invention with a view to better distribution and deflection of the current during the gas operation phase, by means of rounding of the end of the combustion chamber as it passes through the dome; furthermore also with a view to the essential shortening of the diffuser between the combustion chamber and the generator, thanks to new curvatures of the coupling fittings, preferably an annular shape of the coupling space, while retaining however the conventional method of construction of the air heater.
The following description relates to embodiments in accordance with the invention, given by way of example, with the aid of the accompanying drawings in which;
Figs. 1 and 2 represent in vertical and horizontal section the capacity under the grid of a regenerator.
Fig. 3 is a vertical partial section of the same capacity in another embodiment.
Figs. 4, 5, 6 are representations in horizontal section of some variant embodiments.
Figs. 7 and 8 are horizontal and vertical sections of another mode of arrangement of the capacity under grid.
Figs. 9 and 10 are other horizontal sections of capacity under grid.
Figs. 11 and 12 show in vertical and horizontal section another variant with a central combustion chamber.
Fig. 13 shows an example of application of the invention in the area of the dome of the regenerator.
Fig. 14 is a speed distribution diagram during the gas operation phase.
Fig. 15 is ,,, a distribution diagram of the speeds during the air running phase.
Figs. 16, 17, 18 show respectively in vertical section, in horizontal section and in developed circular section, a dome with annular capacity.
Figs. 19 and 20 show in perspective the elements mounted on the combustion chamber.
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Figs. 21, 22, 23 show in vertical, horizontal and circular section developed the area of the dome of the regenerator.
Figs. 24 and 25 are horizontal sections of regenerators with different arrangements for the combustion chamber and the outlet grate.
Figure 1 is a vertical section through the lower part of the regenerator and Figure 2 a section of Figure 1. The casing 1 of the air heater, made of steel or of refractory material contains arranged side by side: the combustion chamber 3, the section of which is round here but which may also be elliptical or the like, then the regenerator 4 made of refractory material, and, below, the grid 5, the supporting cross members 6 and the pillars 7 carrying the grid. The gas outlet 8 evacuates the burnt gases during the gas operation phase. In the air-running phase, the current path involves sudden increases in section and abrupt deviations of direction, the sum of the passage sections of the regenerator channels being significantly greater than the inlet section of the regenerator. 1-cold air 9.
According to the invention, to regulate this current, and to obtain as even a distribution as possible and penetration of the current into all the channels 10, means are available for adjusting the current at the cold air inlet 9 or in this entry.
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the guide surfaces II, vertically winged in and against the cold air inlet 9, ensure a distribution of the current daris the horizontal plane. : At the same time the deflection of the current upwards and the subsequent distribution of the current so that it also and uniformly strikes the channels 10, are ensured by means for regulating the flow which are arranged with an extension main horizontal and which are ... in this case stepped guide surfaces in the wing 12.
In conjunction with the guide surfaces 12 is arranged a deflector or covering plate 13 which can also, as shown in dashed lines, be completed to form a solid body 14. The approximate current path is represented by the arrows 15. .
In the variant of Figure 3y a downwardly inclined guide plate 16 is arranged in front of the cold air inlet 9 so that in cooperation with the stepped guide surfaces in the wing 12, it ensures a particularly good distribution of the current. following arrows 15.
According to FIG. 4, it is also possible to obtain the horizontal spreading of the current by arranging a cold air inlet 9 which is divided into a fork with, for example, two right and left branches 17 and 18, arrangement carried out practically by means of a deflecting plate in the form of an arc of a circle or the like 19, the case of which is pierced with through holes. With a view to deflecting the flow of cold air entering via the inlet 9, in two symmetrical currents with the minimum of disturbance, two sets 20, 21 of guide surfaces stepped in the airfoil or differently, for example deflector vanes.
At the end of the channels or branches 17, 18, in the arrangement shown in conjunction with the ends of the guide plate 19, there is provided another set 22, 23 of stepped guide surfaces in the airfoil which ensures a particularly favorable development. current in the horizontal plane following arrows 15.
In the case of tangential arrival of the cold air inlet 9 following FIG. 5, there is a guide partition or a covering sheet or a guide body 24 which again cooperates with a clearance 25. stepped airfoil guide surfaces, which, again, ensures a uniform distribution without eddies of the current according to the arrows 15.
In figure 6 the cold air inlet 9 is in the radial direction
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relative to the casing 1. Here again, in a position substantially in the arc of a circle, the stepped guide surfaces 26 in the airfoil 26 inside near the cold air inlet 9 and preferably symmetrically by in relation to the central, flat or curved guide plate 27, perforated where appropriate, opposite the cold air inlet 9.
In the embodiment of FIG. 7, there is provided, inside the casing, a strong masonry, 28, the combustion chamber 3 being disposed laterally and having a substantially lenticular section. In this embodiment, several grid support pillars 7 are provided, and in such an arrangement, it is recommended, according to the invention, to have a set of guide surfaces spread out in the direction of the groove 29 of the same way as in figure 6. If necessary, such surfaces 29 are also placed all around the grid supports 7, near the cold air inlet 9.
Figure 8 shows a cross section of Figure 7 in which, for clarity, the grid supports 7 and the guide surfaces corresponding to them have been omitted. The cold air inlet 9 has an enlargement 30 in the form of a diffuser, upwards, at the beginning of which is placed a sheet 31 inclined downwards, which cooperates with the stepped guide surfaces in the wing 32 and which ensures , with this, a favorable distribution and without eddies of the air current according to the arrows 25.
Another variant is shown in fig. 9 in which, in the cold air inlet 9 which is provided ruble, and in the vicinity of the grille supports 7, there are provided guide surfaces or sets of guide surfaces 33, which ensure a good current distribution even under these unfavorable conditions.
According to Figure 10, it is also possible to provide, in the case of symmetrical arrangement of the cold air inlet 9, guide surfaces or sets of surfaces placed one behind the other 34, 35, 36 at each critical location, preferably such that the distance of the guide surfaces 34, 35, 36 to the horizontal plane of symmetry decreases as the surfaces 34, 35, 36 are further from the cold air inlet 9 .
In Figures 11 and 12, the combustion chamber 3 is centrally located and may have a round or flat outer wall 39.
In the latter case, the wall 39 divides the air heater into two parts.
Near the cold air inlet 9, which in this case is provided double and arranged diametrically, the uniform distribution of the current can be achieved by means of a basket sieve or the like 40 or by means of body shaped like a. anestost 41. These bodies 41 can also be curved in arcs and arranged one behind the other; they can also be produced as inclined or horizontal or vertical current rolling screens in isolated or grouped arrangement, in particular in combined positions. In addition, the cold air inlet 9 can be brought further into the space included under the grid and be branched.
It may be provided with guide surfaces specially at the points of section widening and direction deviation. The outlet openings can then also be provided with means for adjusting the current such as sieves, anemostats, or stepped guide surfaces in the airfoil, etc. The same devices are also possible for a lateral arrangement of the combustion chamber. , than those seen previously for the case of the central combustion chamber.
Figure 13 shows a vertical section through the area of the dome. The envelope 1 is covered by the dome 42, the regenerator 4 being able in this case to have at its upper end a staircase shape.
According to the invention, these recesses, or steps 43, 44 are for-
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seen from chamfered or rounded edges 45. It is important in addition that the upper part of the inner wall 47 of the combustion chamber 3 has as large a rounding as possible which cooperates with the steps 43, 44 to achieve a good distribution of the current during the gas operation phase and a crossing regularly distributed between all the channels 10 of the regenerator 4, which also contributes to the flattened shape of the arched dome 42.
In FIG. 14, the speed distribution diagram represents in dashed line 49 the conditions of the gas running phase. As they occur in current construction methods, that is to say a very unequal distribution of speeds in the section of regenerator 4.
FIG. 15 also represents by the dashed line the diagram 5. 0 of the distribution of the speeds during the phase of operation in the air under the same conditions. It is visible that these * two diagrams relating to a conventional air heater do not correspond to each other because they do not include the characteristic means of the invention. Where the speed in diagram 49 is high, it is in diagram 50 at least less if not reversed, so that uneven heating and cooling zones build up in the regenerator.
According to the invention, the actual speed distributions, shown by diagrams 51 and 52 of Figures 14 and 15, come very close to the ideal curves and thus the use of the refrigerator is improved and its heat load equalized, local overloads being eliminated.
According to Figures 16 and 18, the correct guidance and distribution of the fluid streams is obtained by virtue of the fact that the capacity of the dome is in the form of a ring 53. the dome itself 54 therefore represents a ring whose cross section is substantially a semicircle, a central pillar 55 being provided in the center of the ring. Between this pillar 55 and the cup 54 can remain free a slot 56 which serves to balance the thermal expansions. The regenerator 4 is then placed near the combustion chamber 3, in a circle around the central pillar 55. Outwardly the dome rests on the covering covering 28, which is wrapped together with the dome by a . -envelope 1.
On the upper edge 57 of the combustion chamber 3 are arranged guide bodies 58, mounted or masonry, which distribute the current leaving the combustion chamber 3 to both sides, following the arrows 59, so that A regular or to a certain extent regular sweeping of the channel openings is obtained and an equally regular passage through said channels 10 of the regenerator 4. In addition, one can, in the manner already indicated, join the upper edge of the regenerator 4 with staggered steps 60, 61, 62, which can also be chamfered or rounded.
According to FIG. 19, the guide bodies 58 are built on a horizontal edge 57 of the combustion chamber 3; however, it is also possible, according to Figure 20, and it is advantageous to give the combustion chamber 3 a rounded shape 63 at its upper end.
The current flow is represented by arrows 59. Such arrangements are also possible when the arrangement of Figure 13 is available, ie with a large dome and especially with a rounded edge. - lower of the combustion chamber. they are also possible with a central combustion chamber and with distributed combustion chambers and regenerators such as those described later in Figures 24 and 25.
While in figures 16 to 20 the combustion chamber is
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Round in shape, Figures 21 to 23 show a combustion chamber 3 with an oval section, which has, in this case, a double wall (2.64). This arrangement corresponds to Figures 16 to 18, but however, especially with the enlarged form of the combustion chamber shown in Figure 22, the use of guide body 58 can be dispensed with. The proportion between the cross-sectional area of the combustion chamber chamber 3 and the total cross section of the channels 10 of the regenerator is the most advantageous here.
Another means of influencing the flow of current is shown in Figures 24 and 25 '. In this case, several combustion chambers are provided, for example two and one or more combustion chambers, for example two and one or more regenerators, two in this example. The separation is made by partitions 65, 66, 67 which extend only to the upper edge of the regenerator 4, while the partitions 67, 68, either stop at the top of the regenerator, or well, and preferably, extend to the dome, optionally leaving a joint of reduced width to allow safe thermal expansion.
Following the left half of Figure 25, one can also provide a central combustion chamber in the approximate form of a flattened rectangle, with a regenerator 4 on either side of it. Following the right-hand half of Figure 25, this chamber can also be divided into two partial chambers 69, 70, with separation by a partition 71 which also divides the regenerator 4 into two partial regenerators 72, 73.
The partition 74 between the two combustion chambers 69, 70 and between the two regenerators 72, 73 rises only to the upper part of the partial regenerators while the partition 71 rises to the roof of the dome, or well again, the roof of the dome is lowered at this location to the height of the partitions 67, 68, still leaving an expansion joint.
In figure 24 the ratio between the cross section of the combustion chamber and the regenerator is much less different from the unit than in the usual arrangements. As a result, a better distribution of the current is obtained. Such section shares can also be applied in the previous examples and with success.
In order to further improve the distribution of the current, it is also possible to use the means prescribed in the preceding examples or others known per se which influence the flow of the current.
Local overheating cones will be avoided or their possibility will be reduced.
In addition, the combustion chambers 69, 70 may, for example, have a section which increases from bottom to top, and depending on the circumstances, with a change in shape of the section, from round to vale or rectangular or another shape with a larger surface.
In addition, it is possible to choose the cross-section of all the heaters, rectangular or square, and to group several heaters into a set of constructions or a battery, in which case the convection losses are reduced.
Finally, it is possible by an appropriate choice of materials (fig.
24) to operate at the same time one half of the regenerator in 1-air phase and the other in gas phase.
A very important feature of the invention is that the means employed to influence the flow of the current9 and especially the use of stepped airfoil guide surfaces, alone or in conjunction with special deflection plates, guide bodies, etc .... allow a very irregular arrival of fluid currents to be admitted without
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their effectiveness is compromised. In other words, it is possible to regulate, with such guide surfaces, even a very irregular flow of either air or gas. This improvement is also possible by the use of means using the principles of resistance to the passage of fluids, however taking into account that the resistance to passage of the installation is increased.