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La présente invention concerne un procédé et un disposi- tif de récupération ou de régénération de la chaleur emportée par les fumées des fours industriels et en particulier des fours de verrerie.
L'invention a notamment pour but : - d'améliorer le rendement de la récupération calori- fique et d'augmenter ainsi la température dans le four sans aug- menter la consommation de .combustible; - d'améliorer la stabilité du régime thermique du four; - d'augmenter la durée des régénérateurs à empilages et, par conséquent, la durée des campagnes du four; - de permettre, dans le cas de très longues campagnes, lorsqu'une partie des empilages se trouve endommagée, la répara- tion des empilages sans devoir arrêter le four ou sans perturber le régime thermique de celui-ci.
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On connaît des régéaécateurs thermiques constitués par des chambres plus ou moins remplies d'empilages de matériaux réfractaires, dans lesquelles les fumées chaudes et l'air à échauffer circulent alternat! vendent suivant des trajets verti- caux ou horizontaux, ou autres, et on a imaginé, dans ce domaine, de multiples modes d'appareillage des matériaux constituant les empilages, ainsi que divers modes de circulation des gaz. Dans tous les cas ces empilages se détériorent plus ou moins rapide- ment en certains points, et le régime des courants gazeux varie corrélativement.
On connaît par exemple de nombreux types de régénéra- teurs dans lesquels les courants gazeux suivent un trajet verti- cal dans la partie active des empilages.
Quelles que soient leurs caractéristiques, tous ces dispositifs présentent l'inconvénient de se détériorer en rela- tivement peu de temps à leur partie supérieure, c'est-à-dire là où les températures des fumées sont les plus élevées. Les produits d'altération tombent dans la partie inférieure des empilages et finissent par les obstruer partiellement, ou même entièrement, en certaines parties, forçant ainsi les gaz à pas- ser par les parties restées en plus ou moins bon état, ce qui modifie la répartition des gaz entre les différents brûleurs.
Le régime thermique des brûleurs est ainsi modifié ce qui donne lieu à un changement, - souvent important - de la répartition des températures dans le four.
Dans les fours de verrerie continus, par exemple, on s'efforce de maintenir constantes les températures dans les différentes zones, et même en chaque point de l'appareil. Si l'on relève la courbe detempératures suivait l'axe longitudinal du four, on obtint généralement une courbe ascendante à partir de l'enfour@ement Jusqu'à un maximum situe en un endroitappelé généralement "point: ch@ud", puls la courbe s'infléchit jusqu'au point où le produit est évacua du four.
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Si pour l'une ou l'autre raison, cette courbe vient à subir certaines modifications et; en particulier, si le point chaud vient à se déplacer, le processus de fabrication peut en subir des effets préjudiciables.
Bien entendu, pour lès fours travaillant à hautes températures, cette situation n'a pas un caractère absolu et, en pratique, on doit s'efforcer de maintenir le régime thermique en tous points dans certaines limites raisonnables. En dehors de celles-ci, la fabrication se trouve plus ou moins exposée à divers inconvénients.
On a tenté de pallier aux destructions de la partie supérieure des empilages verticaux en donnant aux cheminées de circulation des gaz une section croissant progressivement du haut vers le bas de l'.empilage, ce qui est défavorable au point de vue de la circulation des gaz, vu que les sections sont les plus faibles aux endroits où les températures, et par con-. séquent les volumes des gaz, sont les plus importants. Cette disposition est également préjudiciable au rendement, vu que les vitesses sont les plus faibles aux endroits où les températures sont les plus basses, alors que, c'est en ces endroits qu'il y aurait intérêt à accroître le rendement des échanges calori- fiques par de grandes vitesses de circulation.
Ces dispositions présentent encore un autre inconvénient: la détérioration des parties les plus chaudes des empilages pro- voque une diminution progressive de la masse de celles-ci et, par conséquent, de leur capacité d'accumulation calorifique.
Au bout d'un certain temps, le volume de ces parties est réduit parfois dans des proportions considérables et leur efficacité devient négligeable. A parbir de ce moment, si l'on ne peut pas réparer les parties endommagées, la masse de l'empi- lage reste donc notablement réduite.
D'autre part, il est connu que les empilages verticaux doivent avoir une grande hauteur pour être efficaces. Celle-ci
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est généralement limitée par la topographie des usines et en outre, on ne peut pas défisse? une certaine limite sous peigne de voir les réfractaires de'la partie inférieure s'écraser sous l'effet combiné de la charge et de la température.
Un autre inconvénient des régénérateurs connus est, qu'en raison de leur destruction relativement rapide, leur régime thermique varie dans le temps, et leur rendement diminuant progressivement., le régime thermique du four proprement dit évolue parallèlement. On doit arrêter la campagne à un moment donné, alors que les matériaux réfractaires actuellement utilisés dans les fours mêmes permettraient généralement de les maintenir encore en activité et, par conséquent, d'amortir plus aisément ' l'installation.
Dans les régénrateurs à circulation horizontale, par contre, on évite les inconvénients des empilages verticaux, mais l'évacuation des produits d'altération s'effectue diffici- lement et la partie la plus chaude finit par s'obstruer, ce qui a, sur le rendement, un effet absolument désastreux.
On évite tous les inconvénients signalés plus haut par le procédé et le dispositif faisant l'objet de la présente invention.
Le procédé suivant l'invention consiste, en termes généraux, en ce qu'on conduit les fumées, sortant de la chambre de combustion du four, dans au moins une chambre collectrice et de celle-ci, par au moins deux chanbres à empilages à circulation verticale préalable-Tient mises en série, en parallèle ou en série- parallèle, on met hors circuit la ou les chambres à empilages à réparer tout en poursuivant la récupération thermique par l'autre ou les autres chambres à empilages, de façon à maintenir constant le régime du four, et on remet en circuibla ou les chambres à empilages réparées.
En procédant de cette façon, le travail d'échange
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thermique de la ou des chambres à.empilages à circulation ver- ticale à réparer, mises hors circuit, peut être fourni soit en imposant un supplément de travail temporaire correspondant à la chambre ou aux chambres à empilages restées en circuit, soit en intercalant dans le circuit une ou des chambres à empilage à circulation verticale, de réserve.
En d'autres termes, suivant l'invention, on fractionne l'empilage ou le ruchage , nécessaire dans les conditions d'emploi données, en au moins deux empilages ou ruchages à circulation verticale placés dans des chambres distinctes qu'on met en série, en parallèle, ou en série-parallèle, et on continue le travail de façon à maintenir constant le régime du four avec les chambres à empilages à circulation verticale restées en circuit, sans ou avec substitution d'une ou de plusieurs chambres à empilage de @ réserve aux chambres à empilages mises hors circuit pour répara- tion. tion.
Quant au dispositif régénérateur faisant l'objet de la présente invention, il comprend plusieurs chambres à empilages à circulation verticale qui sont combinées avec au moins un conduit d'amenée, au moins un conduit de sortie, et des conduits intermédiaires, de façon à pouvoir être mises en série en paral- lèle, ou en série-parallèle, être remplacées l'une par l'autre et être mises hors circuit séparément ou par groupes.
Ceci donne artificiellement une grande hauteur totale d'empilage et permet, grâce à l'interchangeabilité des chambres à empilages à circulation verticale, de réparer l'un ou l'autre de ces empilages, à volonté, c'est-à-dire, de mettre hors cir- cuit et de réparer aussitôt tout élément dont le rendement ther- mique vient à baisser, sans arrêter le four et sans changer le régime de ce dernier.
Cette façon d'augmenter la hauteur totale des empilages évite en même temps les inconvénients, les procédés et dispositifs traditionnels qui ont été décrits plus haut.
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Les dispositions suivant l'invention résumées ci-dessus permettent de monter les empilages dans des chambres ou cheminées à section croissant de bas en haut, donc de conserver en tous points la même vitesse de circulation des gaz, ce qui permet d'obtenir, sur toute la longueur de leur parcours, la vitesse la plus favorable au bon rendement de l'échange calorifique.
On peut ainsi obtenir des températures et un rendement très élevés grâce à une grande hauteur totale d'empilage, et la stabilité du régime thermique du four dans le temps et dans
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l'espace sontbarfaitement assurées.
Les produits d'altération d'un empilage ou ruchage établi suivant l'invention, ne peuvent donc pas altérer le régime ni le rendement des empilages ou ruchages suivants.
Comme le premier, seul, se détériore sensiblement, il suffit de le réparer dès que son rendement commence à diminuer, - chose que l'on peut faire à volonté - et de lui substituer, pendant ce temps, le ruchage de réserve qui présente les mêmes caracté- ristiques .
On voit également, de ce qui précède, qu'au cas où - à l'occasion de très longues campagnes par exemple - il serait nécessaire de réparer un second ruchage de la série, il est pos- sible, suivant l'invention, de mettre celui-ci hors circuit et d'utiliser, en parallèle, le premier et un ruchage de réserve, pour procéder ensuite à la réparation du second avec le minimum de perturbation dans le régime thermique.
On peut ainsi améliorer le rendement de l'échange calo- rifique grâce a) au maintien d'une vitesse élevée des fumées sur tout leur chemin de récupération, moyennant la variation pro- gressive des sections de passage sur toute la longueur dudit chemin; b) à la possibilité de créer une turbulence des fumées
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moyennant un ruchage en quinconce dans le sens longitudinal et transversal; c) à l'augmentation de la surface et de la durée de contact pratiquement illimitées entre les fumées et des empilages à circulation verticale se succédant dans le sens horizontal.
Les dessins annexés représentent quatre exemples d'exé- cution d'un régénérateur thermique suivant l'invention, à savoir:
La fig.l en représente schématiquement une première forme d'exécution.
Les fig. 2 à 9 représentent respectivement des coupes horizontales suivant A - B et C - D fig. 4 à 9, des coupes verticales longitudinales suivant K - L, M - N, et 0 - P fig.7, 8 et 9, et des coupes verticales transversales suivant E - F, G - H, et I - J.fig. 2 à 6, dans une seconde forme d'exécution.
Les figures 10 à 17 représentent respectivement des coupes semblables à celles suivant les figures 2 à 9, dans une troisième forme d'exécution.
Les figures 18 à 25 représentent respectivement des coupes semblables à celles suivant les fig.2 à 9 dans une qua- trième forme d'exécution.
Suivant la fig.l, une chambre de mélange 1 est rac- cordée d'une part à la chambre de combustion du four, par exemple à la chambre de fusion d'un four de verrerie (non représenté) par les carneaux 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, etc. menant aux brûleurs situés d'un côté du four (non représentés) et d'autre part à une chambre de distribution 3, raccordée à son tour, par les conduits réglables 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f, etc. à l'extrémité supérieure d'une série de chambres à empilages à circulation verticale 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, etc. raccordées par leur extrémité inférieure et par les conduits réglables 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, etc. au conduit collecteur 7 allant à la cheminée.
En outre la chambre de distribution 3 est reliée au conduit collecteur 7 par les conduits intermédiaires ou de court-circui-
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tage réglables 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, etc. Finalement, la chambre de distribution 3 et le conduit collecteur 7 sont munis de vannes ou registres 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, etc. et 10a, 10b, 10c, 10d, 10, etc. pour chaque chambre à empilages à circulation verticale et chaque conduit intermédiaire de court-circuitage correspondant 5a-8a, 5b-8b, etc.
On voit, de ce qui précède, que par l'ouverture de tous les conduits 4-6-8 et la fermeture de tous les registres 9-10, toutes les chambres à empilages 5 sont mises en-série; que par l'ouverture de tous les conduits 4-6, la fermeture de tous les conduits 8 et l'ouverture de tous les registres 9-10, toutes les chambres à empilages 5 sont mises en parallèle; que, par exemple, par l'ouverture de tous les conduits 4'et 6, la fermeture des conduits 8a, 8c, 8e, l'ouverture des conduits 8b., 8d, etc. l'ouverture des registres 9a, 9c, 9e, la fermeture des registres 9b, 9d, etc., l'ouverture des registres 10a, 10c, 10e et la fermeture des registres 10b, 10d, etc. les groupes de chambres à empilages 5a-b, 5c-d, 5e-f,sont mis en série- parallèle.
On voit également que si l'un et/ou l'autre des empi- lages, par exemple des empilages 5a et 5d, sont devenus défec- tueux et doivent être réparés, il suffit de fermer les registres 4a-6a. et 4d-6d, pour mettre ces empilages hors circuit, et de régler les registres 8, 9,10 correspondants de façon à court- circuiter les empilages en question et-à faire continuer la marche de l'installation sans interruption du travail avec les autres empilages montés et groupés (série, parallèle, ou série- parallèle) de la façon voulue.
Souvent il y aura intérêt à grouper les empilages en deux groupes fondamentaux à savoir: le groupe amont, exposé aux plus haut-; températures etparlant aux détériorations les plus fréquentes, constitué par l'empilage de service 5a, l'empilage de réserve 5b et l'empilage additionnel 5c, d'une part, et le
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groupe aval, moins exposé aux détériorations, constitué par,les empilages de service 5d et 5e, ainsi que par un empilage de réserve ou additionnel 5f.
En travail normal, seul l'empilage de service 5a du groupe amont sera utilisé, tandis que les empilages 5b et 5c du groupe amont seront tenus en réserve hors circuit, alors que dans le groupe aval les empilages 5d et 5e seront branchés en série l'un par rapport à l'autre et par rapport à l'empilage amont 5a, alors que l'empilage 5f sera tenu en réserve hors circuit.
Pour réparer l'empilage 5a. il suffit de le remplacer par l'empilage 5b sans arrêter le travail, et lorsque l'empilage 5b devra être réparé il suffira de le remplacer par l'empilage réparé 5a, élgalement sans arrêter le travail.
Si la température de régime de l'installation est aug- mentée pour une raison quelconque, il suffit d'intercaler les empilages additionnels 5±'et 5f dans le circuit soit en série, soit en parallèle, soit en série-parallèle avec les autres empi- lages appartenant aux groupes respectifs.
Ainsi, par exemple, le groupe amont pourrait compren- dre les empilages 5a, 5b, 5c et 5d, dont deux seulement (5a, 5b ou 5c, 5d) seraient branchés en parallèle sur le circuit, tandis que les deux autres (5c, 5d ou 5a, 5b) seront tenus en réserve, alors que le groupe aval comprendra les empilages 5e, 5f branchés en série l'un par rapport à l'autre et par rapport aux empilages parallèles 5a, 5b ou 5c, 5d, du groupe amont.
Suivant les figures 2 à 9, le régénérateur comprend une chambre de mélange 11 servant de dépoussiéreur, deux chambres interchangeables 12 et 13 à empilages à circulation verticale 12a, 13a pouvant fonctionner soit alternativement, soit en parallè- le, soit en série, et de' plusieurs chambres (dont le nombre est fonction des dimensions des empilages ou ruchages nécessaires suivant la quantité de fumée à évacuer), dans le cas présent de
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deux chambres interchangeables 14, 15 à empilages à circulation verticale 14a et 15a.
Les fumées venant des brûleurs du four, descendent par les carnaux I, II, III, IV, V dans le dépoussiéreur 11 d'où elles pénètrent dans la chambre à empilages 12, 12a, par une série d'ouvertures latérales 16. Elles y descendent verticalement à travers l'empilage 12a et pénètrent dans le canal collecteur sous-jacent 17. De là elles passent par les ouvertures latérales 18 dans le canal collecteur 19 qui les conduit longitudinalement; sous le dépoussiéreur 11 jusqu'à la cheminée de connexion 20 située à l'extrémité du régénérateur.
Par cettecheminée 20, les fumées arrivent à la partie supérieure de la chambre permanente à empilage à circulation ver- ticale 14 dans laquelle elles descendent verticalement à travers l'empilage de matériaux réfractaires 14a. Elles arrivent ainsi dans le canal 22 et remontent par la cheminée 23 à la partie su- périeure de la chambre 15 à empilage à circulation verticale 15a, dans laquelle elles descendent verticalement à travers l'empilage 15a jusqu'au canal 25 qui les évacue vers la cheminée.
Si l'empilage 12a de la chambre 12 vient à se dété- riorer, on peut le mettre hors circuit en vue de le réparer et on lui substitue la chambre à empilage à circulation verticale de réserve 13, 13a. Pour cela, il suffit d'ouvrir les portes 24 et 25 ménagées dans la paroi extérieure de la chambre 13 et d'ouvrir les ouvertures 26, 27 ménagées respectivement dans la paroi entre les canaux 28 et 19 et entre les chambres 13 et 11.
Puis on referme les portes 24, 25, on ouvre les portes 29,30 ménagées dans la paroi extérieure de la chambre 12 et on ferme les ouvertures 16 et L8.
Les furies qui suivaient le trajet 11-16-12-17-18-19-20- 14- etc... sont alors détournéespar le trajet 11-27-13-28-26-19- 20-14- etc...
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On peut donc indifféremment travailler avec la chambre 12 ou la chambre 13 et réparer sans difficulté celle qui est hors circuit.
La forme d'exécution de l'invention représentée sur les figures 2 à 9 concerne des chambres à empilages 12 et 13 dont la hauteur est limitée (par exemple lorsque, le mazout rem- plaçant le gaz de gazogène comme' combustible, les chambres à em- pilages qui avaient été utilisées pour le chauffage des gaz de gazogène deviennent disponibles et on les utilise comme complé- ment aux chambres pour le chauffage de l'air. Dans certains de ces cas, la hauteur des chambres à empilages en question est relativement faible -et on ne dispose pas, à leur partie supérieure d'une chambre d'expansion suffisante pour servir de canal d'ame- née des fumées.
C'est la raison pour laquelle on introduit celles-ci dans la chambre 12 par une série d'ouvertures laté-' raies 16.
Les figures 10 à 17 représentent un exemple suivant lequel les chambres 12 et 13 sont de hauteur suffisante pour réserver, au-dessus des empilages 12a, 13a, une chambre d'expansion 12b, 13b largement conditionnée.
Dans ce cas, les fumées descendent des brûleurs par I, II, III, IV, V vers le dépoussiéreur 11, comme dans le cas des figures 2 à 9, mais ells passent à la chambre 12 (ou 13), par une seule ouverture 16 (ou 27) placée à l'extrémité de ladite chambre, - et de la même façon elles sortent du'canal 17 par une seule ouverture 18 placée également au bout du canal 17. Le reste du circuit est identique à celui suivant les figures 2 à 9.
L'avantage de cette disposition réside dans le mélange des fumées (ou de l'air), dans les chambres d'expansion 12b,13b, (fig.12) ou dans le canal 17 ou 28, ce qui permet d'homogénéiser les températures des fluides et des empilages et d'obtenir de l'air à la même température dans les différents brûleurs (tandis
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que suivant les figures 2 à 9 il existe toujoursune certaine hétérogénéité entre les courants passant par les différentes @ ouvertures 16 et les ouvertures 18 correspondantes) de telle manière que les différents régimes thermiques d'un brûleur quel- conque soient maintenus automatiquement.
La disposition suivant les figures 10 à 17 permet donc de mieux contrôler le régime de chaque brûleur en réglant corréla- tivement l'alimentation en combustible.
Les figures 18 à 25 représentent un régénérateur légè- rement modifié par rapport à celui suivant les figures 10 à 17 par l'adjonction d'un régénérateur à gaz, à empilages à circulation verticale 44, 44a, 45, pour permettre l'utilisation d'un combusti- ble gazeux (gaz de gazogène par exemple), ce régénérateur à gaz combustible, 44, 44a, 45, fonctionnant de la manière habituelle connue.
Le parcours des fumées est identique à celui suivant les figures 10 à 17, mais les portes 29 et 24 vis-à-vis des ouvertures 18 et 26 sont supprimées et l'accès de celles-ci est rendu possible par les portes 37 et 38.
Comme dans les autres formes de réalisation décrites ci-dessus, les chambres 12 et 13 sont interchangeables et en outre la chambre 14 peut être mise hors circuit et réparée en mettant les chambres 12 et 13 en parallèle. Pour mettre la chambre 14 hors circuit, on ferme l'ouverture 20 par la porte 42 et l'ou- verture 39 par la porte 43, et on ouvre l'ouverture 36 par cette même porte 43. Les ouvertures condamnables 40 et -41 (fig.lS) servent à rendre accessibles, le cas échéant, les empilages 14a, 15a des chambres 21 et 23.
D'autres modifications peuvent évidemment être appor- tées au procédé et au dispositif décrits sans sortir du cadre de). 'invention.