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Four a feu tournant a flux central tubulaire
EP1093560A1
European Patent Office
- Other languages
German English - Inventor
Jean-Christophe Rotger Christian Dreyer - Current Assignee
- Rio Tinto France SAS
Worldwide applications
Application EP99925058A events
2001-04-25
2003-03-26
Application granted
2003-03-26
2019-06-08
Anticipated expiration
Status
Expired - Lifetime
Description
translated from
FOUR A FEU TOURNANT A FLUX CENTRAL TUBULAIRE
Domaine de l'invention
L'invention concerne les chambres de four à feu tournant utilisés pour la cuisson de blocs carbonés, et plus particulièrement les fours à chambre de type ouvert
Etat de la technique
Les fours à feu tournant à chambre de type ouvert sont bien connus en eux-mêmes et décrits notamment dans les demandes de brevets FR 2 600 152 (correspondant au brevet américain US 4 859 175) et WO 91/19147 Dans ces fours, un flux gazeux constitué d'air et/ou des gaz de combustion circule, dans la succession de chambres actives, dans le sens long du four, dans une succession de cloisons chauffantes creuses qui communiquent entre elles d'une chambre à l'autre, chaque chambre étant constituée par la juxtaposition dans le sens travers du four, en alternance, de ces cloisons chauffantes et d'alvéoles dans lesquelles sont empilés les blocs carbonés à cuire Ce flux gazeux est soufflé en amont des chambres actives et est aspiré en aval de ces chambres
Une cloison creuse d'une chambre se présente typiquement sous la forme d'un parallélépipède rectangle de 5 m de longueur (sens long du four), 5 m de hauteur et de 0,5 m de largeur (sens travers du four) soit 0,3 m de veine gazeuse et 2 fois 0,1 m de paroi), subdivisé en 4 " puits " verticaux grâce à 3 chicanes verticales disposées dans le sens travers, chaque puits étant délimité soit par deux chicanes, soit par une chicane et un des murs de la chambre, de manière à augmenter le parcours moyen de l'air de refroidissement ou des gaz de combustion dans ladite cloison et, en outre, à assurer un écartement constant entre les parois longitudinales de la cloison
Outre les chicanes, des entretoises sont disposées également dans le sens travers, notamment entre lesdites chicanes, pour assurer un écartement constant entre les parois longitudinales de la cloison
Problème posé
Une préoccupation constante du fabricant de blocs carbonés cuits est - à qualité constante - de diminuer les coûts de production de ces blocs carbonés cuits et les coûts d'investissement et/ou d'entretien des fours servant à leur fabrication, notamment en augmentant la durée de vie des éléments réfractaires des fours
Une autre préoccupation est d'améliorer la qualité de ces blocs carbonés cuits, en particulier d'améliorer la constance de qualité et l'homogénéité des performances au sein d'un même bloc carboné et d'un bloc à l'autre
Dans ce but, la demanderesse a eu l'idée de modéliser la circulation des fluides gazeux dans les cloisons de fours existants, connaissant les dimensions et emplacements des chicanes et entretoises
D'une part, elle a eu la surprise de constater que, dans les cloisons creuses selon l'état de l'art, la répartition du flux gazeux était loin d'être homogène et uniforme, de sorte que, en régime permanent, la majeure partie du flux ou du débit gazeux s'écoulait selon des chemins préférentiels, laissant une part non négligeable des parois de la cloison sans contact avec ledit flux gazeux Or, ces parois séparent les blocs carbonés des alvéoles dudit flux gazeux de chauffage ou refroidissement et assurent l'échange thermique entre flux gazeux et blocs carbonés On comprend mieux dès lors que cette hétérogénéité thermique des parois puisse, soit entraîner une qualité variable des blocs carbonés, soit nécessiter - ce qui est en pratique le cas - une augmentation de la puissance de chauffage ou de refroidissement de manière à ce que, même les blocs placés en position défavorable sur le plan de l'échange thermique, puissent satisfaire aux exigences de qualité requises
D'autre part, la modélisation a aussi mis en lumière la perte de charge importante du flux gazeux à cause de la présence de chicanes, ce qui a pour double conséquence d'une part d'augmenter l'énergie nécessaire pour faire circuler le flux gazeux dans la succession de
cloisons, et d'autre part d'augmenter la surpression ou la dépression correspondante dans lesdites cloisons, ce qui entraîne une augmentation des fuites thermiques dans un sens ou dans l'autre (de ladite cloison vers l'extérieur ou de l'extérieur vers ladite cloison), et donc l'énergie consommée.
En outre, comme les cloisons sont soumises fréquemment à de grand écarts de température et qu'elles se détériorent en conséquence bien qu'elles soient faites en briques réfractaires, elles doivent être remplacées périodiquement. La demanderesse a donc aussi recherché les moyens pour avoir un four plus économique, non seulement en coût de fonctionnement, mais aussi en coût d'entretien ou d'investissement.
Enfin, elle a essayé de concevoir des moyens pour résoudre ces problèmes (répartition de flux gazeux hétérogène au sein des cloisons, ...), non seulement de manière à concevoir de nouveaux fours ne présentant pas les inconvénients des fours connus, mais encore et surtout de manière à pouvoir adapter et modifier les fours anciens existants, et obtenir des fours plus économiques à la fois en coûts de fonctionnement et en coûts d'entretien Compte tenu de la validité de la modélisation reconnue par la demanderesse, et de la difficulté et du coût très élevé de toute expérimentation avec des fours réels, la demanderesse a recherché la solution au problème posé à l'aide de ces mêmes instruments de modélisation qui ont permis de découvrir l'origine des problèmes à résoudre.
Description de l'invention
Selon l'invention, le four à feu tournant à chambres de type ouvert pour la cuisson de blocs carbonés comprend, dans le sens long X du four, une succession de chambres séparées par des murs transversaux munis d'ouvertures, chacune des chambres comprenant, dans le sens travers Y du four, une alternance de cloisons creuses assurant la circulation d'un flux gazeux de réchauffage de gaz de combustion ou un flux gazeux d'air de refroidissement, et d'alvéoles contenant les blocs carbonés à cuire, chacune desdites cloisons creuses d'une chambre étant en communication avec une cloison d'une
chambre en amont et/ou une cloison d'une chambre en aval, de manière a former un conduit assurant la circulation dudit flux gazeux, d'amont en aval, dans le sens long X sur l'ensemble des chambres simultanément en activité pour ledit feu tournant, chacune desdites cloisons d'une chambre comprenant, dans le plan X-Z, deux parois latérales verticales, et, dans le sens travers Y, des éléments assurant la deflexion dudit flux gazeux parcourant ladite cloison et maintenant un écartement constant desdites parois latérales et est caractérise en ce que chaque cloison comprend un moyen pour conserver, sur une longueur L' égale au moins un tiers de la longueur L de ladite cloison et, typiquement par un choix approprie desdits éléments assurant ladite deflexion, un flux gazeux de débit D reparti de manière homogène sur la totalité de la section droite S de ladite cloison dans le plan Y-Z, avec un niveau d'homogeneite de ladite répartition du débit D défini par l'expression " 2y D - 0,5y D / y S ", ou " 2y D - 0,5y D " désigne l'étendue de la plage du débit D correspondant a une fraction y de ladite section droite S et ou y est au plus égal a 0,25
Par rapport a l'état de la technique, l'invention se distingue par la suppression des chicanes verticales, généralement au nombre de trois par cloison creuse
Selon l'état de la technique, si on désigne par L la longueur de la cloison creuse dans le sens X, par H sa hauteur dans le sens Z, et si, en première approximation, on assimile la hauteur C des chicanes dans le sens Z a la hauteur M des murs transversaux aux extrémités de ladite cloison, le parcours moyen du flux gazeux peut se décomposer en une composante selon la direction longitudinale X, sur une longueur L, et en une composante selon la direction verticale Z, sur une longueur 4xC, soit au total L + 4xC
Les valeurs de C et M sont typiquement comprises entre 0,6xH et 0,8xH Ainsi, avec 3 chicanes, le flux gazeux est un flux tubulaire qui change 8 fois de direction (X/Z-X/Z- X/Z-X/X), chaque chicane apportant un changement de direction dans le sens vertical Z et dans le sens longitudinal X note " Z-X ", en alternant les directions longitudinales (X) et les directions verticales (Z) la totalité du flux gazeux étant concentrée, a chaque
passage de chicane, sur une section droite S correspondant à une hauteur de 0,2xH- 0,4xH, c'est à dire 20 à 40 % de la section totale S
Selon l'invention, par contre, et dans le cas où un même type de cloison creuse est conservé, le flux gazeux moyen suit une trajectoire moyenne qui est, en première approximation et compte tenu de l'absence de chicane verticale, la moyenne arithmétique de la trajectoire la plus courte, soit celle de longueur L, et de la trajectoire la plus longue, soit celle de longueur égale à L + 2xM, c'est à dire V_ (L+L+2xM) ou L+M, à comparer à la trajectoire de l'état de la technique L+4xC, avec C voisin de M
En outre, typiquement, par un choix approprié desdits éléments assurant ladite déflexion, le flux gazeux de débit D est réparti de manière homogène sur la totalité de la section droite S de ladite cloison dans le plan Y-Z, avec un niveau d'homogénéité de ladite répartition du débit D égal à 0,50 D - 0, 125 D /0,25 S, ledit niveau d'homogénéité étant noté " 2y.D - 0,5y D / y.S ", " 2y D - 0,5y D " étant l'étendue de la fraction du débit D correspondant à une fraction y, avec y au plus égal à 0,25, de ladite section droite S, qui est égale au produit de la hauteur " H " par la largeur " 1 " constante des cloisons creuses
Compte tenu du fait que les éléments de déflexion sont orientés dans le sens transversal Y et de la symétrie qui en résulte, la formule donnant le niveau d'homogénéité vaut aussi dans le plan X-Z, la section S étant alors remplacée par la hauteur " H ", et y étant alors une fraction de cette hauteur H
Ladite section droite S étant toujours prise dans le plan Y-Z, et les éléments assurant la déflexion étant dans le sens transversal Y, il est donc possible de représenter, par simulation numérique, la répartition du débit D dans le plan X-Z d'une cloison creuse, comme illustré dans les figures 3 et 4 représentant des coupes ou sections des fours ou cloisons creuses dans le plan X-Z
La modélisation des flux gazeux est effectuée a partir d'une décomposition du flux gazeux total en un nombre N de filets gazeux élémentaires - par exemple une cinquantaine de filets comme illustre sur les figures 3 et 4, et elle conduit a une visualisation des trajectoires de chacun de ces filets dans le plan X-Z, et donc a la répartition des filets gazeux élémentaires, a la même manière de l'espacement entre des courbes de niveau sur une carte A partir de la, il est aise de calculer le niveau d'homogeneite réel sur toute fraction " y " de la hauteur H en comptant le nombre " n " de filets élémentaires pour obtenir la fraction n/N correspondant a la fraction de hauteur " y " qui a ete fixée a 0,25
Ce choix de 0,25 et l'expression correspondante du niveau d'homogeneite traduit le niveau d'homogeneite trouve nécessaire selon l'invention pour obtenir les avantages de l'invention II est évident, compte tenu de la loi de la moyenne, que, si la valeur de " y " augmente, le niveau d'homogeneite, plus facile a obtenir, est moindre Ainsi, le niveau exprime par " 0,8 D - 0,2 D / 0,4 S " correspond a un niveau d'homogeneite moins eleve que celui exprime par " 0,5 D - 0, 125 D / 0,25 S " dans la mesure ou, plus la fraction " y " est élevée, plus grande est la probabilité qu'un flux voisin de y D s'y trouve, l'ensemble du flux D étant par définition présent pour y=l Inversement, le niveau d'homogeneite augmenterait fortement pour un niveau d'homogeneite tel que " 0,20 D - 0,05 D / 0, 10 S " ou " y " a une valeur faible, ce niveau d'homogeneite n'étant pas forcement accessible sur une grande portion de longueur L', ni forcement nécessaire pour obtenir une augmentation significative des avantages selon l'invention
Le niveau d'homogeneite global s'exprime donc en fait par la portion de la surface de paroi creuse, dans le plan X-Z - ou de volume correspondant - ou le niveau d'homogeneite atteint au moins un seuil donne fixe a 0,5 D - 0,125 D / 0,25 S
Selon l'invention, sur au moins un tiers de cette surface ou ce qui revient au même, sur un tiers de la longueur L de ladite paroi creuse, au moins ledit niveau d'homogeneite est atteint
Les moyens selon l'invention permettent de résoudre le problème posé. En effet, d'une part, l'invention assure une meilleure répartition du flux gazeux, et donc une plus grande homogénéité de la température, tout en réduisant la perte de charge, ce qui conduit en définitive à la fois à une production plus homogène, à une réduction des coûts de fonctionnement des fours et à une augmentation de la durée de vie des fours.
Description des figures
Les figures 1, la, 2, 3 et 3a correspondent aux fours selon l'état de la technique Les figures 4, 4a, 5, 6 6a, 7a à 7d et 8 correspondent aux fours selon l'invention.
La figure 1 est une vue schématique, en coupe selon le plan X-Z, X étant la direction longitudinale et Z la direction verticale, de la portion de four à feu tournant (1), active simultanément sur 10 chambres (2), chaque chambre étant séparée de la suivant par un mur transversal (32) muni d'une ouverture (320) assurant la circulation du flux gazeux de débit D de l'amont (à droite sur la figure), où de l'air est injecté grâce à une rampe de soufflage (231) munies d'autant de pipes (230) qu'il y a de cloisons creuses (3) longitudinales munies de chicanes (31) (trois chicanes par cloison creuse et par chambre), vers l'aval (à gauche sur la figure) où le flux gazeux est aspiré au moyen d'une rampe d'aspiration (211) dotée d'autant de pipes d'aspiration (210) qu'il y a de cloisons creuses longitudinales.
Des brûleurs (220), positionnés sensiblement au milieu de la série des 10 chambres, portent le flux gazeux amont au niveau de température souhaité, typiquement de l'ordre de 1 100°C. Les chambres situées en amont des brûleurs sont des chambres de refroidissement des blocs carbonés, tandis que les chambres en aval des brûleurs sont des chambres de cuisson des blocs carbonés.
Compte tenu de la pression dans le four, comme représenté à la figure la, un flux gazeux (233) peut sortir du four en amont des brûleurs, et un flux gazeux d'air (213) peut pénétrer dans le four an aval des brûleurs. Ainsi, le flux gazeux de débit D circulant dans
lesdites cloisons creuses n'est pas un flux de débit constant, compte tenu à la fois de ces flux gazeux (213, 233), et compte tenu de la formation de produits volatils combustibles durant la cuisson des blocs carbonés dans les chambres dans la partie aval du four Le flux gazeux est un flux d'air (34) en amont des brûleurs (220), et est un flux de gaz de combustion (35) mélangé à un flux d'air incident (213) dans la partie aval du four, ces flux ayant un débit, désigné, de manière générique par " D "
La figure la représente la courbe de pression dudit flux gazeux de débit D, à l'intérieur desdites cloisons creuses (3). La pression décroît régulièrement de l'amont vers l'aval elle est supérieure à la pression atmosphérique et maximale au niveau du soufflage de l'air par les pipes (230), elle est voisine à la pression atmosphérique juste en amont des brûleurs (220), où est implanté un capteur de pression (234), elle est inférieure à la pression atmosphérique et minimale au niveau de l'aspiration des gaz de combustion par les pipes d'aspiration (210)
La figure 2 représente une vue en perspective, partiellement éclatée, de la partie amont de la série de chambres actives, permettant d'observer, dans le sens transversal Y, pour une même chambre (2), l'alternance de cloisons chauffantes creuses (3) et d'alvéoles (4) contenant l'empilement des blocs carbonés (40) Chaque cloison creuse (3) est limitée dans le plan X-Z par deux parois verticales (38), et contient trois chicanes (31), est munie d'ouvreaux (30) dans lesquels peuvent être introduites les pipes de soufflage (230) comme représenté sur la figure, ou d'aspiration (210), les injecteurs des brûleurs (220), ou divers moyens de mesure Au droit des ouvreaux (30) se trouvent les puits (38), c'est-à-dire l'espace intérieur de ladite cloison dépourvue d'obstacle de façon à pouvoir y introduire les dispositifs précités (pipes de soufflage par exemple) Les chambres (2) successives, dont deux sont représentées sur la figure, sont séparées par un mur (32), doté, au niveau desdites cloisons creuses (3), d'ouvertures (320) permettant la circulation du flux gazeux d'amont vers l'aval, dans le sens X'-X
La figure 3 représente une cartographie du flux gazeux, obtenu par simulation numérique, décomposé en cinquante filets élémentaires (6), dans une cloison creuse selon
l'état de la technique représentée à la figure 3a, munie de 3 chicanes (31) et d'un certain nombre d'entretoises (33) maintenant un écartement constant entre les parois (38) de ladite cloison. La figure 3a ont été portés la longueur L et la hauteur H d'une cloison creuse pour une chambre donnée, la hauteur C d'une chicane, et la hauteur M du mur (32) à chaque extrémité de la cloison.
Les figures 4 et 4a sont analogues aux figures 3 et 3a mais sont relatives à l'invention. Il est aisé de vérifier, sur la figure 4, que le niveau d'homogénéité défini par 0,50.D - 0, 125.D / 0,25. S est atteint sur la longueur L', entre les abscisses Xi et X . On distingue, sur la figure 4 où le flux gazeux se déplace de gauche à droite :
- une première portion, notée A, de longueur inférieure à L/2, et de préférence inférieure à L/3 comprenant des moyens (entretoises notamment) pour transformer un flux initial de section So en un flux de section S s'étendant sur toute la section creuse et ayant ledit niveau d'homogénéité, grâce à la formation d'une dizaine de fractions de flux (7) ; - une seconde portion, notée B, de longueur au moins égale à L/3 et de préférence au moins égale à L/2, où ledit niveau d'homogénéité est partout atteint ;
- une troisième portion, notée C, de longueur aussi réduite que possible, où le flux gazeux se reconcentre, ledit niveau d'homogénéité n'est pas atteint car il peut y avoir localement des concentrations de flux qui peuvent se situer hors de la plage 0,50.D et 0, 125.D pour une fraction de la section de 0,25. S.
La figure 5, correspondant à une seconde modalité de l'invention, est une vue schématique partielle, en coupe dans le plan X-Z, du flux gazeux sur une même succession de cloisons creuses de chambres simultanément actives pour un même feu tournant, dans le cas où les chambres ne sont pas séparées par un mur transversal. Le flux gazeux conserve une section S sensiblement constante sur l'ensemble de son parcours, un moyen de répartition (232) étant utilisé en amont dudit feu tournant, de manière à injecter, grâce à des fentes ou ouvertures transversales (2320), un flux gazeux, sous forme d'une dizaine de fractions de flux (7), ayant ledit niveau d'homogénéité, un autre moyen de répartition (212) étant utilisé en aval dudit feu tournant, de manière à aspirer ledit flux gazeux par des fentes ou ouvertures transversales (2120) sans altérer
ledit niveau d'homogénéité Seuls les flux gazeux dans les cloisons creuses aux deux extrémités ont été représentés Le flux gazeux est constitué d'un ensemble de fractions de flux (7), formant un flux tubulaire (50) sensiblement orienté selon l'axe longitudinal X'-X
La figure 6 correspond à la figure 1, après modification selon la figure 5, notamment suppression des murs transversaux (32), et introduction des moyens de répartition (212, 232) N'ont pas été représentés sur cette figure des moyens pour assurer, au niveau des brûleurs (220), un chauffage homogène dudit flux gazeux La figure 6a, analogue à la figure la, représente la courbe de pression statique dudit flux gazeux, dans un four selon avec l'état de la technique (courbe I), et dans un four selon l'invention (courbe II & III), la courbe II correspondant au cas où les chambres sont séparées par des murs transversaux (32) présentant un orifice (320) de passage du flux gazeux, alors que la courbe III correspond au cas des figures 5 et 6 où le flux gazeux conserve, d'amont en aval, sensiblement la même section S
Les figures 7a à 7d illustrent, en coupe dans le plan X-Z, des entretoises ou éléments assurant la déflexion dudit flux gazeux, ou des filets gazeux (6) qui s'écoulent autour desdites entretoises (33a, 33b, 33 c, 33d), certaines (33 c et 33 d) étant de forme oblongue avec un grand axe (330), pour faciliter l'écoulement du flux gazeux et réduire sa perte de charge
La figure 8 illustre la cas où, de manière à diminuer encore la perte de charge, des éléments de forme oblongue (33 c, 33d) sont utilisés et orientés, de façon à ce que l'orientation du grand axe (330) desdites entretoises coïncide avec la direction du flux gazeux, en particulier dans le cas où lesdites chambres sont séparées par des murs (32) munis d'orifices ou ouvertures (320) assurant le passage dudit flux gazeux d'une chambre à une autre
Description détaillée de l'invention
Selon une première modalité de l'invention, illustrée notamment aux figures 4 et 4a, ledit four (1) comprend des chambres séparées par un mur transversal (32) présentant des ouvertures de section So (320) assurant le passage dudit flux gazeux (34, 35) d'une cloison a la cloison suivante, et dans lequel chaque cloison comprend, a sa partie amont, un moyen pour obtenir, a partir d'un flux initial de débit D de section So, un flux de section S > So ayant ledit niveau d'homogeneite au moins égal a 0,50 D - 0, 125 D / 0,25 S Selon cette modalité, ledit conduit (5) n'est pas de section constante, sa section valant So, au niveau de chaque mur transversal (32) et S » So dans chaque cloison creuse proprement dite
Ledit moyen transforme, sur une distance inférieure a L/2, L étant la longueur de ladite cloison, un flux gazeux de débit D et de section initiale So a l'entrée amont de ladite cloison, en un flux de section S au moins égale a 3 So, et présentant ledit niveau d'homogeneite De préférence ladite distance est inférieure a L/3 Sur la figure 4, ledit moyen se trouve sur la partie notée ' A "
Chaque cloison peut comprendre, dans sa partie supérieure, un ou plusieurs ouvreaux (30), qui peuvent être obtures par un couvercle (36) et qui donnent accès a des puits (37)
Selon l'invention, ledit moyen pour obtenir ledit flux gazeux de débit D et de section S présentant ledit niveau d'homogeneite est constitue d'éléments diviseurs, ou entretoises (33) divisant, en un nombre d'étapes variant de 2 a 4, ledit flux initial de section So, comme représente aux figures 4 et 4a, en une dizaine de fractions de flux (7) Sur la figure 4a, on peut, a titre indicatif, considérer 3 étapes pour diviser le flux initial So la première comprenant 2 entretoises ou éléments (330), la seconde comprenant 6 entretoises ou éléments (331), la troisième comprenant 10 entretoises ou éléments (332), ces 10 entretoises ou éléments constituant un front en aval duquel - a droite duquel sur la figure 4a - ledit niveau d'homogeneite est obtenu Le flux initial So est ainsi divise en 1 1 fractions de flux (7) sur l'ensemble de la section S
Selon une autre modalité de l'invention, comme représente aux figures 5 et 6, ledit conduit (5) est de section constante, lesdits murs (32) présentant des ouvertures (320) ayant sensiblement ladite section S, dans le plan Y-Z, de manière a former des conduits (5) de section S sensiblement constante, d'amont en aval, sur l'ensemble des cloisons creuses (3) simultanément actives pour ledit feu, dans lequel ledit niveau d'homogeneite est obtenu par un moyen de répartition amovible (232) introduit, en amont dudit feu tournant, a l'extrémité amont dudit conduit (5), de manière a injecter dans chaque conduit (5) ledit flux gazeux avec ledit niveau d'homogeneite, sous forme d'une dizaine de fractions de flux (7) - 8 fractions illustrées sur la figure 5
En outre, il peut être avantageux, pour conserver ledit niveau d'homogeneite sur la plus grande longueur possible de conduit (5) d'utiliser un moyen de répartition amovible (212) également en aval dudit feu tournant, a l'extrémité aval dudit conduit (5) forme par la succession de cloisons creuses (3) actives pour ledit feu, de manière a aspirer ledit flux gazeux sans perturber en amont ledit niveau d'homogeneite dudit flux gazeux
Selon l'invention, ledit moyen de répartition (212 232) peut être une enceinte ou un panneau de répartition parallelepipedique (232), de section plane horizontale, dans le plan X-Y, choisie pour que ladite enceinte puisse être introduite verticalement dans ledit puits (37) de ladite cloison (3) ou entre deux chambres, et de section plane verticale dans le plan Y-Z légèrement inférieur a ladite section S de ladite cloison dans le plan Y-Z, ayant une face parallèle au plan Y-Z munie d'ouvertures (2320) a géométrie calculée, soit pour injecter ledit flux gazeux, sous forme de fractions de flux (7), avec ledit niveau d'homogeneite en amont dudit conduit (5), ou pour aspirer ledit flux gazeux en aval dudit conduit (5)
Quelle que soit la modalité de l'invention, ledit moyen pour conserver un flux gazeux de débit D ayant ledit niveau d'homogeneite sur ladite section S comprend une pluralité d'éléments ou entretoises (33) fixes aux dites parois latérales (38) et reparties, en fonction des résultats de la simulation numérique, de manière sensiblement homogène a la surface des dites parois latérales (38) dans le plan X-Z de ladite cloison ou dudit
conduit, en nombre suffisant pour assurer ledit écartement constant desdites parois latérales (38), de façon a diviser ledit flux gazeux en un nombre de fractions de flux (7) variant de 3 a 20 régulièrement reparties sur toute ladite section S, et a assurer pour lesdites fractions un écoulement a orientation prédéterminée, éventuellement selon ledit sens long X du four, de manière a avoir un écoulement sensiblement tubulaire (50) sur tout ou partie du conduit (5) selon la modalité de l'invention
Selon la première modalité de l'invention, illustrée a la figure 4, on observe, sur toute section S, une dizaine de fractions de flux (7) dans la partie notée " B " de longueur L' sur laquelle ledit niveau d'homogeneite est atteint, chaque fraction de flux (7) pouvant regrouper plusieurs filets élémentaires (6) représentes en trait continu a la figure 4
En ce qui concerne la seconde modalité, elle a ete illustrée schematiquement a la figure 5 avec également une dizaine de fractions de flux (7), bien que les entretoises n'aient pas ete indiquées sur la figure
Il peut être avantageux que lesdits éléments ou entretoises (33) soient profiles de manière a diminuer la perte de charge dudit flux gazeux, tout en assurant les autres fonctions requises visant a maintenir un écartement constant entre lesdites parois latérales (38), et a obtenir ou conserver pour ledit flux gazeux ledit niveau d'homogeneite prédétermine sur ladite section S
Les figures 7a à 7d illustrent, en coupe dans le plan X-Z, différents profils d'entretoises ou éléments (33a, 33b, 33c, 33d), certaines (33c et 33d) étant de forme oblongue avec un grand axe (330), pour faciliter la pénétration du flux gazeux et réduire sa perte de charge La perte de charge P sera a priori dans l'ordre suivant P 3a > P33b > P-,c et P33d
Il peut être également avantageux, de manière a diminuer encore la perte de charge, d'utiliser des éléments de forme oblongue (33c, 33d) et de les orienter, comme illustre a la figure 8, de façon a ce que l'orientation du grand axe (330) desdites entretoises coïncide avec la direction du flux gazeux, en particulier dans le cas ou lesdites chambres
sont séparées par des murs (32) munis d'orifices ou ouvertures (320) assurant le passage dudit flux gazeux d'une chambre à une autre
Exemple de réalisation
On a modélisé puis construit un four (1), du type de celui représenté à la figure 1, et comprenant des cloisons creuses selon les figures 4 et 4a de l'invention, construites avec des briques et entretoises en matériau réfractaire La figure 4a constitue le plan de construction de la cloison creuse (3), à la manière d'un mur de briques, les éléments hachurés s'étendant transversalement (direction Y-Y') sur toute la largeur (0,5 m) de ladite cloison - largeur qui comprend 0,3m de veine gazeuse et 2 x 0, 1m d'épaisseur de la cloison creuse L'échelle des figures 4 et 4a est donnée par L = 4, 178 m, et par l'épaisseur de chaque brique en matériau réfractaire = 91,5 mm
Préalablement à la construction du four, la modélisation des écoulements du flux gazeux dans les cloisons creuses a été réalisée en divisant le flux total en une cinquantaine de flux élémentaires ou filets gazeux (6), la représentation d'une configuration selon l'invention obtenue par ladite modélisation a conduit à la figure 4 où la trajectoire de chaque filet gazeux (6) est représentée Ladite modélisation a été effectuée à l'aide de moyens informatiques connus en eux-mêmes
Sur la figure 4, on distingue 3 zones, notées A, B et C, le flux gazeux s' écoulant de gauche à droite :
- la zone A correspond à la formation d'un flux gazeux de section S présentant ledit niveau d'homogénéité, à partir d'un flux gazeux de section So « S,
- la zone B correspond à un écoulement sensiblement tubulaire dudit flux gazeux, qui présente ledit niveau d'homogénéité (avec y = 0,25) sur une longueur L' de la cloison,
- la zone C correspond à la partie où le flux gazeux se reconcentre, passant d'une section S à une section So, au passage du mur entre deux chambres successives
Avantages de l'invention
Le four selon l'invention permet effectivement de résoudre le problème posé que ce soit la constance de qualité des blocs carbonés, la consommation énergétique du four, ou encore la durée de vie du four, sur tous ces plans, la présente invention apporte une amélioration aux fours existants selon l'état de la technique
La consommation énergétique du four est significativement réduite à la fois grâce à une meilleure homogénéité de la température, ce qui évite les surchauffes locales inutiles, et à cause d'une moindre perte de charge (voir figure 6a)
Le gain global, tant en ce qui concerne la consommation énergétique du four et la consommation de réfractaires, est d'au moins 10 %, ce qui est considérable dans ce type d'industrie
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REVENDICATIONS
1 Four a feu tournant (1) a chambres de type ouvert (2) pour la cuisson de blocs carbones (40) comprenant, dans le sens long X du four, une succession de chambres (2) séparées par des murs transversaux (32) munis d'ouvertures (320), chacune des chambres comprenant, dans le sens travers Y du four, une alternance de cloisons creuses (3) assurant la circulation d'un flux gazeux de rechauffage (35) de gaz de combustion ou un flux gazeux d'air de refroidissement (34), et d'alvéoles (4) contenant les blocs carbones (40) a cuire, chacune desdites cloisons creuses (3) d'une chambre (2) étant en communication avec une cloison d'une chambre en amont et/ou une cloison d'une chambre en aval, de manière a former un conduit (5) assurant la circulation dudit flux gazeux (34,35), d'amont en aval, dans le sens long X sur l'ensemble des chambres simultanément en activité pour ledit feu tournant, chacune desdites cloisons d'une chambre comprenant, dans le plan X-Z, deux parois latérales verticales (38), et, dans le sens travers Y, des éléments assurant la deflexion dudit flux gazeux parcourant ladite cloison et maintenant un écartement constant desdites parois latérales (38), caractérise en ce que chaque cloison (3) comprend un moyen pour conserver, sur au moins un tiers de la longueur L de ladite cloison, un flux gazeux de débit D reparti de manière homogène sur la totalité de la section droite S de ladite cloison dans le plan Y-Z, avec un niveau d'homogeneite de ladite répartition du débit D défini par l'expression " 2y D - 0,5y D / y S ", ou " 2y D - 0,5y D " désigne l'étendue de la plage du débit D correspondant a une fraction y de ladite section droite S, et ou y est au plus égal a 0,25
2 Four selon la revendication 1, comprenant des chambres séparées par un mur transversal (32) présentant des ouvertures de section So (320) assurant le passage dudit flux gazeux (34, 35) d'une cloison a la cloison suivante, et dans lequel chaque cloison comprend, a sa partie amont, un moyen pour obtenir, a partir d'un flux initial de débit D de section So, un flux de section S > So ayant un niveau d'homogeneite au moins égal a 0,50 D - 0, 125 D /0,25 S
3 Four selon la revendication 2 dans lequel ledit moyen transforme, sur une distance inférieure à la demi-longueur L/2 de ladite cloison, un flux gazeux de débit D et de section initiale So à l'entrée amont de ladite cloison, en un flux de section S au moins égale à 3 So, et présentant ledit niveau d'homogénéité
4 Four selon la revendication 2 dans lequel ledit moyen pour obtenir ledit flux gazeux de débit D et de section S présentant ledit niveau d'homogénéité est constitué d'éléments diviseurs, ou entretoises, divisant, en un nombre d'étapes variant de 2 à 4, ledit flux initial de section So
5 Four selon la revendication 1 dans lequel ledit conduit est de section constante, lesdits murs (32) présentant des ouvertures (320) ayant sensiblement ladite section S, dans le plan Y-Z, de manière à former des conduits (5) de section S sensiblement constante par la succession de cloisons creuses (3) simultanément actives pour ledit feu, dans lequel ledit niveau d'homogénéité est obtenu par un moyen de répartition amovible introduit, en amont dudit feu tournant, à l'extrémité amont dudit conduit (5), de manière à injecter dans chaque conduit (5) ledit flux gazeux avec ledit niveau d'homogénéité
6 Four selon la revendication 5 dans lequel ledit niveau d'homogénéité est obtenu, en outre, en utilisant ledit moyen de répartition amovible introduit, en aval dudit feu tournant, à l'extrémité aval dudit conduit (5) formé par la succession de cloisons creuses (3) actives pour ledit feu, de manière à aspirer ledit flux gazeux sans perturber en amont ledit niveau d'homogénéité dudit flux gazeux
7 Four selon une quelconque des revendications 5 et 6 dans lequel ledit moyen de répartition est une enceinte ou un panneau de répartition parallélépipédique (232), de section plane horizontale, dans le plan X-Y, choisie pour que ladite enceinte puisse être introduite verticalement dans ledit puits (37) de ladite cloison (3) ou entre deux chambres, et de section plane verticale dans le plan Y-Z légèrement inférieur à ladite section S de ladite cloison dans le plan Y-Z, ayant une face parallèle au plan Y-Z munie d'ouvertures (2320) à géométrie calculée, soit pour injecter ledit flux gazeux avec ledit
niveau d'homogeneite en amont dudit conduit (5), ou pour aspirer ledit flux gazeux en aval dudit conduit (5)
8 Four selon la revendications 1 a 7 dans lequel ledit moyen pour conserver un flux gazeux de débit D ayant ledit niveau d'homogeneite sur ladite section S comprend une pluralité d'éléments ou entretoises (33) fixes aux dites parois latérales (38) et reparties de manière homogène a la surface des dites parois latérales (38) dans le plan X-Z de ladite cloison ou dudit conduit, en nombre suffisant pour assurer ledit écartement constant desdites parois latérales (38) de façon a diviser ledit flux gazeux en un nombre de fractions de flux variant de 3 a 20 régulièrement reparties sur toute ladite section S, et a assurer pour lesdites fractions un écoulement a orientation prédéterminée, éventuellement selon ledit sens long X du four
9 Four selon une quelconque des revendications 4 et 8 dans lequel lesdits éléments ou entretoises (33) sont profiles de manière a diminuer la perte de charge dudit flux gazeux, tout en assurant les autres fonctions requises visant a maintenir un écartement constant entre lesdites parois latérales (38), et a obtenir ou conserver pour ledit flux gazeux ledit niveau d'homogeneite prédétermine sur ladite section S