Procédé pour l'utilisation de la chaleur contenue dans les fumées à leur sortie d'au moins un four. La présente invention a pour objet un procédé pour l'utilisation de la chaleur con tenue dans les fumées à leur sortie d'au moins un four, suivant, lequel on transforme une partie au moins de cette énergie calori fique en énergie électrique que l'on utilise pour le chauffage d'au moins un four.
Ce procédé est destiné à. être appliqué no tamment à un four de verrerie dans lequel les matières premières sont. introduites par une extrémité et le verre produit est extrait à l'autre extrémité.
Selon l'invention, ce procédé est caracté risé en ce qu'on utilise un combustible don nant une flamme à haute température sans nécessiter que les éléments qui doivent pro duire cette flamme soient portés avant la combustion à une température supérieure à 500 , en ce qu'on fait passer les gaz brûlés dans la partie du four où se trouvent les ma tières premières qui viennent d'être intro duites, et en ce qu'on fait. sortir ces gaz du four par un orifice inunédiatement voisin d'un dispositif de transformation de la cha leur résiduelle des gaz brûlés en énergie électrique.
Dans des mises en oeuvre préférées, on produit des flammes à haute température en faisant usage soit de brûleurs à combustible liquide, mazout par exemple, soit de brûleurs à combustible gazeux utilisant un mélange préalable de l'air et du gaz et dans lesquels le mélange est animé d'une vitesse de passage élevée, en principe supérieure à la vitesse de propagation de la flamme pour la nature du combustible considéré. Dans un cas comme dans l'autre, on obtient les températures très élevées en usage dans la. fabrication du verre, atteignant 1100 à 1150 , sans avoir besoin de réchauffer au préalable les éléments devant entrer dans la combustion ou en ne les chauf fant qu'a une température inférieure à 500 .
Grâce à cette particularité, il est. possible d'utiliser les gaz brûlés dès leur sortie du four, et cela dans leur totalité alors qu'ils sont. à leur température la plus élevée, pour la transformation de leur chaleur en énergie électrique. Le chauffage nécessaire ou éven tuel des éléments combustibles, avant leur introduction dans le four, peut se faire au moyen de la chaleur restante des fumées à leur sortie du dispositif de transformation.
On sait. que les pertes calorifiques par les parois, maçonneries ou autres sont. d'autant plus élevées que la température des gaz qui circulent à l'intérieur des conduits ou des chambres est élevée. Il est donc intéressant de pouvoir réduire le phis possible le trajet des gaz brîilés sortant du four, qui sont à température élevée, au moins de 1200 à 1300 et, par suite, de les refroidir le plus rapide ment possible tout en utilisant leur énergie calorifique. Dans le procédé selon l'inven tion, cet avantage est obtenu du fait qu'on fait sortir les gaz du four par un orifice immédiatement voisin du dispositif de trans formation.
Cet effet est en outre renforcé par le fait que, suivant l'invention, on fait passer les gaz brûlés, avant leur sortie du four, dans la partie du four où se trouvent les matières qui viennent d'être introduites. La tempéra ture de ces gaz se trouve donc de ce fait abaissée, sans que cet abaissement constitue une perte de chaleur puisqu'il est mis à pro fit pour le chauffage de ces matières pre mières.
Le .dessin illustre, à titre d'exemple, deux mises en ceuvre particulières du procédé se lon l'invention, appliquées à un four de ver rerie.
La fig. 1 est une vue en coupe horizontale suivant I-I de la fig. 2, et la fig. 2 est une vue en coupe verticale suivant II-II de la fig. 1, d'un four permettant une mise en oeuvre du procédé.
La fig. 3 est une vue en coupe horizontale suivant III-III de la fig. 4, et la fig. 4 est une vue en coupe vertu ; cale suivant IV-IV de la fig. 3, d'un four permettant une seconde mise en aeuvre du procédé.
Le four représenté en fig. 1 et 2 est com posé d'un compartiment de fusion 1 commu niquant avec des compartiments d'affinage 2 et 3 auxquels font suite des compartiments de prélèvement 4 et 5 qui présentent des ori fices de sortie 6-7, du type appelé feeder, pour l'alimentation de machines destinées, par exemple, à la fabrication de bouteilles. La communication entre le compartiment 1 et les compartiments 2 et 3 se fait, d'une ma nière connue en soi,
à la partie supérieure du bain, par une sorte de déversoir 10. Par con tre, la communication entre les comparti ments 2 et 3 et les compartiments 4 et 5 s'effectue par des orifices 11 prévus à la par tie inférieure des parois de séparation.
Le chauffage du compartiment de fusion 1 a lieu au moyen de brûleurs 8 que l'on ali mente soit avec du mazout, soit avec un mé lange gazeux à combustion rapide. Les com- partiments d'affinage 2 et 3 sont chauffés par passage d'un courant électrique amené dans le bain de verre par des électrodes 9 en forme de barres disposées horizontalement, en contact avec le bain de verre et traversant les parois latérales de ces compartiments.
Les matières premières servant à la. cons titution du verre ou matières vitrifiables sont. introduites par des ouvertures 12 disposées à l'extrémité du compartiment 1. opposée aux seuils de sortie 10 du verre. Ires matières pre mières déposées par des moyens non repré sentés sur des aires 13 sont poussées d'une manière continue ou discontinue par des pous soirs 14.
La sortie des gaz brûlés s'effectue par un orifice 15, placé dans le voisinage des orifices 12 d'amenée des matières vitrifiables, cet ori fice 15 constituant l'orifice d'entrée d'une chaudière 16 représentée schématiquement par des tubes de vaporisation 17 en conunu- nication avec des bouilleurs 18 et 19. Un sur chauffeur peut. être prévit en 20.
L'installation se complète par les appa reils de transformation de la vapeur produite en énergie mécanique puis en énergie élec trique.
Les flammes produites par les brûleurs 8 déterminent en 21. une zone de fusion active, puis viennent passer le long du talus 22 formé par les matières premières déversées à, partir des orifices 12 sur la surface du bain par les poussoirs 14. Après avoir chauffé les matières premières, ce qui abaisse leur tem pérature, les gaz brûlés pénètrent par l'ori fice 15 et sont immédiatement refroidis au contact des tubes de la chaudière.
Ils sortent par un conduit 23 qui les amène directement à la cheminée ou les fait passer auparavant dans un- échangeur de température pour chauffer à une température relativement peu élevée, inférieure à 500 , soit l'air et le gaz des brûleurs à combustion rapide, soit encore l'air utilisé pour brûler un combustible liquide.
Grâce à la disposition représentée, dans laquelle le mouvement d'introduction des ma tières vitrifiables (mouvement des poussoirs 14) est perpendiculaire à la direction de sor- tic des gaz brûlés, on évite que les matières, tout en étant baignées par le courant de gaz, soient. entraînées dans les conduits de la chaudière. D'ailleurs, pendant leur séjour sur la dalle 12, ces matières ont. été exposées à la chaleur du four, tout en étant hors du courant des flammes, dans une sorte de niche. Pour assurer le chauffage des matières pen dant un certain temps, avant leur arrivée dans le bain de verre, la course des poussoirs est limitée du côté du four.
Dans la fié. 1, où l'on a représenté le poussoir de gauche dans la position avancée et le poussoir de droite dans la position de recul, on voit que la matière n'est. pas directement poussée dans le four, mais séjourne un certain temps sur les dalles 12.
La vapeur produite par la chaudière 16 est utilisée dans une machine à vapeur ou une turbine accouplée à une génératrice de courant électrique. Le courant électrique ainsi produit alimente les électrodes 9 disposées dans les compartiments d'affinage.
Dans le four représenté aux fi-.<B>3</B> et 4, le compartiment 24 sert. à la fois à la fusion des matières premières et à l'affinage du verre. A ce compartiment fait suite un comparti ment de prélèvement 25 séparé du comparti ment 24 par une cloison 26 présentant à sa partie inférieure un orifice 27 permettant le passage du verre d'un compartiment à l'au tre. Des ouvreaux 28 permettent de prélever le verre du compartiment 25.
Le chauffage du compartiment 24 est assuré, d'une part, par des brûleurs 8 ana logues à ceux de la disposition des fig. 1 et 2 et disposés sur, les parois longitudinales du four et, d'autre part, par des électrodes 29 disposées verticalement et pénétrant dans le bain de verre par la sole du four.
Les matières premières sont déposées sur des aires 30 disposées latéralement par rap port au four. Elles sont, amenées, par des poussoirs 31, sur des dalles 32 disposées au- dessus du bain de verre à l'intérieur de l'en ceinte du four, et des poussoirs 33 agissant parallèlement à l'axe du four font tomber les matières premières dans le bain. La sortie des gaz brûlés s'effectue par un orifice 34 disposé dans l'axe de symétrie du four entre les deux dalles 32 d'introduction des matières premières.
Cet orifice constitue l'entrée d'une chaudière 16 qui peut être d'un type analogue à celui indiqué sur les fi-. 1 et 2, et dont la vapeur est utilisée dans une turbine ou une machine à vapeur accou plée à une génératrice de courant électrique. Le courant produit sert à l'alimentation des électrodes 29.
Les flammes produites par les brûleurs 8 déterminent en 35 une zone de fusion active puis viennent passer le long des talus formés par les matières premières tombant des dalles 32 sur la surface du bain sous l'effet des poussoirs 33. Après avoir chauffé les ma tières premières, les gaz brûlés sortent du four par l'orifice 34 et pénètrent dans la chaudière 16 où ils sont rapidement re froidis. A leur sortie par le conduit 23, les gaz brûlés sont évacués à l'air libre soit di rectement, soit après passage dans un échan geur de température pour assurer, comme indiqué ci-dessus, le chauffage à température modérée de l'air et du gaz des brûleurs à combustion rapide, ou de l'air utilisé pour brûler un combustible liquide.
On remarquera que, dans cette disposi tion, les matières premières, avant d'être introduites dans le bain, séjournent un cer tain temps sur les dalles 32 et sont hors du mouvement des flammes. Les matières pre mières sont donc exposées à la chaleur sur ces dalles et sont soumises à un commence ment de fusion avant de tomber dans le bain, la disposition desdites dalles en dehors du mouvement des flammes ayant cependant pour effet d'éviter que les matières soient entraînées dans la chaudière.
Les mises en oeuvre du procédé, qui vien nent d'être décrites, mettent en jeu, pour la production d'énergie électrique, une chau dière alimentant une machine ou turbine à vapeur, mais on peut avantageusement faire Lisage de turbines à air chaud. Dans ce cas, le fluide moteur est constitué d'air pur dé poussiéré circulant en circuit fermé, qui est d'abord comprimé puis réchauffé et finale ment admis dans -une turbine où il se détend. Le chauffage de cet air est produit, dans une mise en aeuvre du procédé selon l'invention, par les fumées qui sortent du four.
La trans- mission de la chaleur des fumées à l'air mo teur a lieu au moyen d'échangeurs métalli ques dans lesquels il convient que la tempé rature ne dépasse pas 700 à 800 . Dans ce cas, il pourra être nécessaire de diluer les fumées sortant du four par apport d'air exté rieur, de manière qu'elles ne dépassent pas cette température à leur entrée dans les ré chauffeurs d'air. Il est cependant de nom breux cas où les fumées, à leur sortie du four, se trouveront à la température relativement modérée que demandent les échangeurs mé talliques.
Dans le cas, par exemple, repré senté aux fig. 1 et 2, où la partie du four chauffée par les flammes est un simple com partiment de fusion sans affinage, la tempé rature dans le four peut être de l'ordre de 1300 à 1400 seulement et l'opération de frittage des matières que l'on réalise avec les flammes à leur sortie du four peut suffire à abaisser la température de celles-ci à environ 700-800 au moment où elles entrent dans l'échangeur métallique de l'installation de turbine à air chaud.
Process for using the heat contained in the fumes as they exit from at least one furnace. The present invention relates to a method for using the heat contained in the fumes at their outlet from at least one furnace, according to which at least part of this calorific energy is converted into electrical energy that the at least one oven is used for heating.
This process is intended for. be applied in particular to a glass furnace in which the raw materials are. introduced at one end and the glass produced is extracted at the other end.
According to the invention, this process is characterized in that a fuel is used which gives a flame at high temperature without requiring that the elements which are to produce this flame be brought before combustion to a temperature above 500, in that that the burnt gases are passed through the part of the furnace where the raw materials which have just been introduced are found, and into what is done. exit these gases from the oven through an orifice immediately adjacent to a device for converting the residual heat from the burnt gases into electrical energy.
In preferred implementations, high temperature flames are produced by using either liquid fuel burners, oil for example, or gaseous fuel burners using a preliminary mixture of air and gas and in which the mixture is driven by a high passage speed, in principle greater than the flame propagation speed for the nature of the fuel considered. In either case, the very high temperatures in use are obtained. manufacture of glass, reaching 1100 to 1150, without needing to first reheat the elements to enter combustion or by heating them only to a temperature below 500.
Thanks to this peculiarity it is. possible to use the burnt gases as they leave the oven, and this in their entirety while they are. at their highest temperature, for the transformation of their heat into electrical energy. The necessary or possible heating of the fuel elements, before their introduction into the furnace, can be done by means of the remaining heat of the fumes at their exit from the transformation device.
We know. that the heat losses by the walls, masonry or others are. the higher the temperature of the gases circulating inside the conduits or chambers. It is therefore interesting to be able to reduce the phis possible the path of the burnt gases leaving the furnace, which are at high temperature, at least from 1200 to 1300 and, consequently, to cool them as quickly as possible while using their calorific energy. . In the process according to the invention, this advantage is obtained from the fact that the gases are released from the furnace through an orifice immediately adjacent to the transformation device.
This effect is further reinforced by the fact that, according to the invention, the burnt gases are passed, before they leave the oven, into the part of the oven where the materials which have just been introduced are located. The temperature of these gases is therefore lowered as a result, without this lowering constituting a loss of heat since it is used for the heating of these raw materials.
The drawing illustrates, by way of example, two particular implementations of the method according to the invention, applied to a glass furnace.
Fig. 1 is a horizontal sectional view along I-I of FIG. 2, and fig. 2 is a vertical sectional view along II-II of FIG. 1, of an oven allowing implementation of the method.
Fig. 3 is a horizontal sectional view along III-III of FIG. 4, and fig. 4 is a cross-sectional view; shim according to IV-IV of fig. 3, an oven allowing a second implementation of the process.
The oven shown in fig. 1 and 2 is composed of a melting compartment 1 communicating with refining compartments 2 and 3 which are followed by sampling compartments 4 and 5 which have outlet openings 6-7, of the type called feeder, for feeding machines intended, for example, for the manufacture of bottles. Communication between compartment 1 and compartments 2 and 3 takes place in a manner known per se,
at the upper part of the bath, by a sort of weir 10. On the other hand, communication between compartments 2 and 3 and compartments 4 and 5 is effected through orifices 11 provided in the lower part of the separation walls .
The melting compartment 1 is heated by means of burners 8 which are supplied either with fuel oil or with a gas mixture with rapid combustion. The refining compartments 2 and 3 are heated by passing an electric current supplied to the glass bath by electrodes 9 in the form of bars arranged horizontally, in contact with the glass bath and passing through the side walls of these. compartments.
The raw materials used in the. cons titution of glass or vitrifiable materials are. introduced through openings 12 arranged at the end of the compartment 1. opposite the exit thresholds 10 of the glass. Ires raw materials deposited by means not shown on areas 13 are pushed in a continuous or discontinuous manner by pous evenings 14.
The output of the burnt gases is effected through an orifice 15, placed in the vicinity of the orifices 12 for supplying the vitrifiable materials, this orifice 15 constituting the inlet orifice of a boiler 16 shown schematically by vaporization tubes. 17 in communication with boilers 18 and 19. One on driver can. be predicted in 20.
The installation is completed by apparatus for transforming the steam produced into mechanical energy and then into electrical energy.
The flames produced by the burners 8 determine at 21. an active melting zone, then come to pass along the slope 22 formed by the raw materials discharged from the orifices 12 on the surface of the bath by the pushers 14. After heating the raw materials, which lowers their temperature, the burnt gases enter through orifice 15 and are immediately cooled in contact with the tubes of the boiler.
They exit through a duct 23 which brings them directly to the chimney or passes them beforehand through a temperature exchanger to heat to a relatively low temperature, below 500, that is to say the air and gas of the fast combustion burners, or the air used to burn a liquid fuel.
Thanks to the arrangement shown, in which the movement of introduction of the vitrifiable materials (movement of the pushers 14) is perpendicular to the direction of exit of the burnt gases, it is avoided that the materials, while being bathed by the current of gas, be. entrained in the boiler ducts. Moreover, during their stay on the slab 12, these materials have. been exposed to the heat of the oven, while being out of the current of the flames, in a sort of niche. To ensure the heating of the materials for a certain time, before their arrival in the glass bath, the stroke of the pushers is limited on the side of the furnace.
In the trust. 1, where the left pusher is shown in the advanced position and the right pusher in the retracted position, it can be seen that the material is not. not directly pushed into the oven, but stays on the slabs for some time 12.
The steam produced by the boiler 16 is used in a steam engine or a turbine coupled to an electric current generator. The electric current thus produced supplies the electrodes 9 arranged in the refining compartments.
In the oven shown in Figures <B> 3 </B> and 4, compartment 24 is used. both in the fusion of raw materials and in the refining of glass. This compartment is followed by a sampling compartment 25 separated from compartment 24 by a partition 26 having at its lower part an orifice 27 allowing the passage of glass from one compartment to the other. Openers 28 allow the glass to be taken from compartment 25.
The heating of the compartment 24 is provided, on the one hand, by burners 8 similar to those of the arrangement of FIGS. 1 and 2 and arranged on the longitudinal walls of the furnace and, on the other hand, by electrodes 29 arranged vertically and entering the glass bath through the bottom of the furnace.
The raw materials are deposited on areas 30 arranged laterally with respect to the oven. They are brought, by pushers 31, on slabs 32 arranged above the glass bath inside the enclosure of the furnace, and pushers 33 acting parallel to the axis of the furnace drop the materials. raw in the bath. The output of the burnt gases is effected through an orifice 34 arranged in the axis of symmetry of the furnace between the two slabs 32 for introducing the raw materials.
This orifice constitutes the inlet of a boiler 16 which may be of a type similar to that indicated on the fi-. 1 and 2, and the steam of which is used in a turbine or a steam engine coupled to an electric current generator. The current produced is used to supply electrodes 29.
The flames produced by the burners 8 determine at 35 an active melting zone then come to pass along the slopes formed by the raw materials falling from the slabs 32 on the surface of the bath under the effect of the pushers 33. After having heated the materials first, the burnt gases leave the furnace through the orifice 34 and enter the boiler 16 where they are quickly re-cooled. At their exit through line 23, the burnt gases are evacuated into the open air either directly or after passing through a temperature exchanger to ensure, as indicated above, the heating at moderate temperature of the air and gas from fast-burning burners, or air used to burn liquid fuel.
It will be noted that, in this arrangement, the raw materials, before being introduced into the bath, remain for a certain time on the slabs 32 and are outside the movement of the flames. The raw materials are therefore exposed to heat on these slabs and are subjected to a start of melting before falling into the bath, the arrangement of said slabs outside the movement of the flames, however, having the effect of preventing the materials from being entrained in the boiler.
The implementations of the method, which have just been described, involve, for the production of electrical energy, a boiler supplying a machine or steam turbine, but it is advantageously possible to make hot air turbines. In this case, the working fluid consists of pure dust-free air circulating in a closed circuit, which is first compressed then reheated and finally admitted into a turbine where it expands. The heating of this air is produced, in an implementation of the process according to the invention, by the fumes which leave the oven.
The heat from the flue gases is transferred to the motor air by means of metal exchangers in which the temperature should not exceed 700 to 800. In this case, it may be necessary to dilute the fumes leaving the furnace by supplying outside air, so that they do not exceed this temperature when they enter the air reheaters. However, there are many cases in which the fumes, on leaving the furnace, will be at the relatively moderate temperature required by the metal exchangers.
In the case, for example, shown in Figs. 1 and 2, where the part of the furnace heated by the flames is a simple melting compartment without refining, the temperature in the furnace may be of the order of 1300 to 1400 only and the operation of sintering the materials that the 'carried out with the flames at their exit from the furnace may be sufficient to lower the temperature thereof to about 700-800 when they enter the metal exchanger of the hot air turbine installation.