<Desc/Clms Page number 1>
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
<Desc/Clms Page number 2>
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
<Desc/Clms Page number 3>
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.
<Desc/Clms Page number 4>
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
<Desc/Clms Page number 5>
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-
<Desc/Clms Page number 6>
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
<Desc/Clms Page number 7>
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
<Desc/Clms Page number 8>
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.