FR2588904A1 - Cheminee cylindrique equipee de ventilateurs axiaux assurant un regime rotationnel d'ecoulement - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE L'EVACUATION DE GAZ DANS L'ATMOSPHERE A DIFFERENTES HAUTEURS D'EMISSION SANS ELEVATION SENSIBLE DE LA TEMPERATURE PAR RAPPORT A CELLE DE L'AIR AMBIANT. ELLE CONSISTE DANS L'ALIMENTATION TANGENTIELLE D'UN COLLECTEUR DE PLUS GRAND DIAMETRE QUE CELUI DE LA CHEMINEE ET SE TROUVANT A LA BASE DE CETTE DERNIERE. LE COLLECTEUR ET LA CHEMINEE PROPREMENT DITE SONT EQUIPES DE VENTILATEURS AXIAUX COMMANDES PAR UN RENVOI D'ANGLE. LES GAZ S'ECOULENT AINSI EN MOUVEMENT ROTATIONNEL. PLUSIEURS CHEMINEES DE DIFFERENTES HAUTEURS PEUVENT ETRE ALIMENTEES INDIVIDUELLEMENT OU ENSEMBLE AFIN D'IMPOSER AUX GAZ DES VITESSES ASSURANT DIFFERENTES PORTEES VERTICALES. EN CAS DE PLUSIEURS CHEMINEES LES REGIMES D'ECOULEMENT SONT CONTRE-ROTATIONNELS.

Description

Les cheminees conventionnai les évacuent les gaz et vapeurs polluants à des niveaux ne pouvant être variés à volonté, alors que la hauteur du plafond ainsi que le niveau des vents favorables à la dissipation sont variables.

Afin de reduire les nuisances locales on construit des cheminées très hautes.

Une centrale électrique, de 300 MW par exempLe, évacue environ 1 million de Nm3/h par des cheminées d'une hauteur allant de 100 à 300 mètres.

Une telle longueur de conduits oppose au fluide gazeux, une perte de charge que l'on compense soit par : -ventilateur (tirage mécanique), soit par -l'élévation de la température du gaz, lui procurant un pouvoir ascensionnel par la diminution de la densité vis à vis de l'air ambiant.

Ces deux procédés comportent divers inconvenients dus au fait que la perte de charge est considérable, en raison de l'écoulement turbulent'des gaz.

En effet, en ce qui concerne la ventilation, il y a deux possibilités 10 On aspire et on refoule la totalité des gaz par un ventilateur centrifuge.

Dans ce cas, en raison des vitesses nécessaires pour fournir une pression suffisante, correspondante à la perte de charge opposée par toute la hauteur de la cheminée, l'écoulement est inévitablement turbulent et exige une forcemotrice généralement prohibitive.

20 On reprend seulement une partie des gaz qui est réinjectée dans le conduit à très grande vitesse (tirage induit) communiquant par une tuyère adéquatre, sa quantité de mouvements à la masse principale des gaz, en accélérant celle-ci. Un tel entraînement par tuyère (type Venturi) engendre inévitablement des turbulences en raison de la vitesse élevée du gaz, ce qui conduit à un très mauvais rendement énergétique, pouvant être de l'ordre de 10 à 15 Z, correspondant également à une consommation prohibitive d'énergie.

En ce qui concerne l'évacuation des gaz par l'élevation préalable de la température, leur écoulement est également turbulent pour une ou plusieurs des raisons énumérées ci-après provoquant le décollement des veines de gaz :
10 La ou les parois des cheminées ne sont pas lisses
20 La section des cheminées est carrée ou rectangulaire
30 L'arrivée des gaz se fait par un coude à petit rayon
40 Les parois refroidissent les gaz, qui se trouvent en contact avec
elles, ce qui conduit à des turbulences thermiques qui sont communi
quées à toute la masse des gaz circulants.

Pour compenser la perte de charge opposée par la cheminée, on est obligé (selon la hauteur et le type de la cheminée) d'élever la température des gaz à évacuer d'environ 1500C au-dessus de la température de l'air ambiant.

Etant donné que la température réelle, adiabatique des gaz de combustion, est de tordre de 15000C (étant donné l'excès d'air moyen aux différentes allures), les déperditions dues à I'élévation de la température des gaz évacués par la cheminée est de l'ordre de 10X du pouvoir calorifique inférieur des combustibles.

D'apres ce qui précède, on comprend aisément l'intérêt économique que représente le procédé, objet de la présente invention et qui consiste à évacuer les gaz à des vitesses relativement élevéees et ceci sans engendrer des turbulences, cause des gaspillages considérables d'énergie. Ces turbulences sont évitées par la création adéquate d'un mouvement rotationnel,lequel, par la force centrifuge développée, empêche le décollement des veines de la paroi, qui sont la seule cause des turbulences. Ce mouvement rotationnel est amorcé par une alimentation tangentielle dans un collecteur, prolongé par un convergent qui à son tour est prolongé par la cheminée proprement dite.

L'ensemble se présente comme un cyclone de dépoussiérage renversé (planche l). Le mouvement rotationnel est accéléré par une turbine hélicoidale particulière, caractérisé par un tres grand diamètre, (par exemple 2000 mm), de très nombreuses pales (par exemple 36) de très faible longueur (par exemple 200 mm) fixées sur un cercle, tenu à son tour par quelques rayons, comportant au milieu un moyeu. Le tout ressemble à une roue de vélo dont la jante est équipée de pales (planche 2).

Cette turbine est commandée par un renvoi d'angle, dont l'axe vertical porte l'hélice, tandis que l'axe horizontal suffisamment prolongé pour sortir du collecteur, est commandé par un moteur thermique ou électrique. Dans le dernier cas, le moteur commande l'arbre horizontal à vitesse variable. I1 est évident que cette hélice, selon la forme et l'incidence des pales (à condition que les deux soient convenablement choisies) impose aux gaz véhicules à la fois, une composante centrifuge et une composante verticale ascensionnelle.

Le convergeant monté sur le collecteur cylindrique convertit avec un très bon rendement énergétique une partie de la vitesse en pression, afin de compenser la faible perte de charge engendrée par le conduit.

Dans de telles conditions, la totalité du volume gazeux est animée d'un mouvement rotationnel et de translation vers le haut, avec un écoulement non turbulent quelle que soit la vitesse de translation.

En effet, par une incidence convenable des pales on peut conférer au courant gazeux, une composante centrifuge suffisante pour éviter le décollement des veines de la paroi, source des turbulences.

On sait que toute autre condition égale, la perte de charge engendrée par un conduit est proportionnelle à sa longueur. En d'autres termes, si la perte de charge est de 1 mm de C.E. par mètre linéaire, elle serait de 300 mm pour un conduit de 300 mètres de longueur. On comprend aisément que la force motrice nécessaire pour conférer au gaz une telle pression au départ correspondant à une vitesse linéaire de 70 mètres seconde, est absolument prohibitive. En effet, elle serait de l'ordre de 3.000 kWh pour une centrale de 300 MW citée plus haut à titre d'exemple.On imagine mal un ventilateur centrifuge, véhiculant un volume de 1.000.000 de Nm3/h, soit, compte tenu de la température des gaz, plus de 1.500.000 m3 effectifs, à une vitesse de l'ordre de 105 m/s (soit 378 km/h) nécessaire pour obtenir la pression de 300 mm de C.E. avec un gaz d'une densité de 2/3 de celle à OOC prise comme base des calculs. Soumettre les gaz à une surpression de 300 mm de C.E. constitue un gaspillage considérable d'énergie, étant donné que cette surpression engendre inutilement de la chaleur.

La situation est analogue aux problemes de transport de gaz combustibles à grande distance. En effet, on n installe pas au départ un compresseur fournissant une pression suffisante pour vaincre la perte de charge opposée par tout le conduit, mais, au contraire, on installe un grand nombre de compresseurs, dont l'ensemble. fournit économiquement la pression exigée par la totalité du conduit. C'est pour éviter le gaspillage et vaincre économiquement la perte de charge engendrée par la cheminée que l'on installe, conformément à la présente invention, un certain nombre de ventilateurs hélicoîdes faisant
office de relais, selon les besoins,tous les dix, vingt, ou trente mètres par exemple. Ces ventilateurs sont de conception analogue à celui déjà décrit, se trouvant à la base de la cheminée dans le collecteur. Il se compose par conséquent : 10 d'une hélice à nombreuses pales, montées sur un cercle (jante), tenu par des rayons.

dont 2 d'un renvoi d'angle dont l'axe vertical supporte l'hélice et/l'axe horizontal est commandé par un moteur électrique se trouvant à l'extérieur de la cheminée.

Renvoi d'angle et moteur seront avantageusement fixés sur un cercle en U intercalé entre deux tronçons de la cheminée.

Les moteurs seront avantageusement du type à brides et de préférence, d'une conception permettant une variation électrique de la vitesse.

En effet, on sait que la perte de charge engendrée par une certaine cheminée bien définie, varie continuellement en fonction des paramètres suivants : 10 Avec la masse des gaz (qui est fonction de l'allure de la chaudière) 20 Avec la température des gaz (qui est fonction du traitement préalable
des gaz de combustion) 30 Avec refroidissement des gaz, lors de leur évacuation par la cheminée
(qui est fonction :
a) de la masse des gaz
b) de la température des gaz
c) de la température ambiante
d) de la vitesse du vent
e) du bilan de rayonnement de la cheminée)
Il en résulte que, pour assurer l'évacuation des gaz à une vitesse déterminée, il est nécessaire de réajuster la pression fournie aux gaz par les ven- tilateurs afin de vaincre une perte de charge variable.Ce réajustement se fait précisément et facilement par la variation de vitesse des divers ventilateurs qui équipent les différents niveaux de la cheminée.

Le fait de fournir la pression totale (par exemple 300 mm C.E.) exigée par un conduit de gaz par dix ventilateurs hélicoides, fonctionnant en série, uniformément réparti sur le conduit, permet d'économiser environ 50 Z de la force-motrice qui aurait été nécessaire pour fournir par un seul ventilateur au départ la pression totale exigée. Ce résultat s'explique d'une part, par le fait que l'accélération des gaz sans changement de direction de l'e- coulement s'effectue avec un rendement énergétique de l'ordre de 95 Z et d'autre part, par le fait, déjà mentionné, que les ventilateurs centrifuges à haute pression ont, par définition, un mauvais rendement.

Il est un fait acquis que l'écoulement d'un courant gazeux superposé d'un mouvement rotationnel dans un circuit cylindrique, lisse engendre une perte de charge de l'ordre de 10 Z de celle engendrée par un courant s'écoulant en régime turbulent~
On trouve dans le barème page suivante,les pertes de charge engendrées par un courant en régime rotationnel (donc non turbulent) dans un conduit cylindrique.

La perte de charge est indiquée en mn C.E. pour 10 m de conduit et une densité de gaz de 1,2.

Les chiffres indiqués ont été vérifiés dans des installations industrielles avec des débits allant de 60.000 m3/h à 160.000 m3/h et extrapolés pour des débits supérieurs en se basant sur les graphiques se trouvant dans les manuels aérauliques.

<tb> <SEP> DEBIT <SEP> rmn <SEP> DEBIT <SEP> mm <SEP> DEBIT <SEP> mm <SEP>
<tb> <SEP> 20 <SEP> m/s=m3/h <SEP> C.E. <SEP> 30 <SEP> m/s=m3/h <SEP> C.E.<SEP> 40 <SEP> m/s=m3/h <SEP> C.E.
<tb> 1.000 <SEP> 56.000 <SEP> 3 <SEP> 85.000 <SEP> 6.5 <SEP> 108.000 <SEP> 10 <SEP>
<tb> 1.500 <SEP> 127.000 <SEP> 2.2 <SEP> 191.000 <SEP> 4.3 <SEP> 254.000 <SEP> 7.4
<tb> 2.000 <SEP> 226.000 <SEP> 1.5 <SEP> 339.000 <SEP> 3.2 <SEP> 452.000 <SEP> 5
<tb> 2.500 <SEP> 353.000 <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> 530.000 <SEP> 2.5 <SEP> 706.000 <SEP> 4.2
<tb> 3.000 <SEP> 504.000 <SEP> 0.3 <SEP> 756.000 <SEP> 1.5 <SEP> 1.008.000 <SEP> 3.1
<tb> 3.500 <SEP> 693.000 <SEP> I <SEP> I <SEP> 1.039.000 <SEP> 0.5 <SEP> 1.386.000 <SEP> 1.8
<tb> 4.000 <SEP> 905.000 <SEP> 1.357.000 <SEP> 1.810.000 <SEP> 1
<tb> 5.000 <SEP> 1 <SEP> 1.413.000 <SEP> 2.120.000 <SEP> 2.826.000 <SEP> 0-.5 <SEP>
<tb>

Il en résulte que pour le problème cité à titre d'exemple, soit 1.500.000 m3 effectifs et une cheminée de 300 mètres de hauteur, il faut fournir une pression totale de 30 mm de C.E., soit répartie sur 10 ventilateurs-relais, nne pression individuelle par ventilateur de 3 à 4 mm C.E., ce qui constitue évidemment une économie très sensible.

Un autre aspect, en ce qui concerne l'évacuation des gaz par les cheminées, est que, d'une part, l'on cherche à évacuer ces gaz avec une vitesse supérieure à un certain minimum, afin d'assurer leur dilution rapide par l'air atmosphérique en vue d'éviter de trop fortes concentrations de gaz polluants incommodant le voisinage en cas de vents plongeants, et que d'autre part, cette vitesse minimum, qui est fonction du volume, ne peut être maintenue constante, étant donné que les allures des chaudières, (donc le débit des gaz) varient fréquemment dans un rapport de 1:3, et assez souvent, dans un rapport de 1:6. Il en résulte que la vitesse minimum n'est réalisable que pour l'allure maximum d'une chaudière et qu'en dehors de celle-ci, les gaz se trouvent évacués avec des vitesses sensiblement inférieures à la vitesse minimum fixée.Pour des installations habituelles cette situation est irré- médiable. Il est même impossible d'envisager la construction d'une cheminée assurant la vitesse minimum au régime minimum de la chaudière (par exemple 25 Z du maximum) et de quadrupler la vitesse à l'allure maximum par un tirage mécanique. En effet, dans ce cas, les lois aérauliques générales s'appliquent, c' est-a-dire en multipliant le débit par quatre, il faut multiplier la perte charge par 16, et par conséquent la force motrice absorbée par 64.

Toujours d'apres le présent brevet, on peut résoudre ce problème en installant (selon la plage des débits prévus) un certain nombre pair de cheminées (par exemple 4) qui seront alimentées selon le volume de gaz'à évacuer comme indiqué sur la planche 3. Le courant principal, par le jeu des volets, peut être dirigé sur une, deux, trois, ou quatre des cheminées, de façon à alimenter chacune des cheminées avec un volume correspondant à la vitesse minimum établie pour I'installation. Cette alimentation tangentielle des collecteurs des quatre cheminées, se fait comme indiqué sur le dessin par un conduit rectangulaire et ceci de façon à imposer aux colonnes des gaz évacués, une direction que nous appelons"contre-rotationnel't. Le dessin de planche 3 explique ce qu'il faut comprendre sous ce terme.On pourrait s'étonner du terme "contre-rotation" qui semble réservé aux ventilateurs hélicoïdes alignés sur un même axe et tournant chacun dans le sens contraire du ventilateur voisin. En réalité, tout mobile tournant en sens contraire du mobile voisin se trouve en contre-rotation avec celui-cigquelle que soit la position.

On connaît des courants gazeux isolés à écoulement rotationnel : tout ventilateur axial soufflant dans un tube rond engendre un tel courant.

Un courant gazeux, rectiligne, insufflé tangentiellement et sans turbulences dans un cylindre, devient également un courant rotationnel.

Ces courants rotationnels, libres, sont principalement caractérisés par :
1) le gradient de vitesse, qui peut être croissant ou décroissant
vers la périphérie du cylindre (planche 4, fig. 1 et 2)
2) la vitesse périphérique (vitesse radiale).

3) la forme : cylindrique ou divergente.

4) le diamètre.

5) la vitesse linéaire moyenne (vitesse axiale ou de translation).

6) un mouvement linéaire pulsatoire éventuel
(la vitesse linéaire varie périodiquement).

7) des turbulences aléatoires éventuelles ,,, (par exemple d'origine thermique).

8) la direction : horizontale, verticale ou autre.

9) la température par rapport à l'ambiance.

10) le sens de rotation.

Des courants rotationnels simples ont donc fait l'objet de nombreuses études. Il n'en est pas de même en ce qui concerne les courants contre-rotationnels, objet de ce brevet, que l'on peut définir comme : deux ou plus sieurs courants de caractéristiques identiques ou analogues,chacun des courants étant animé d'une rotation à sens inversé de celui du courant voisin.

Si ces courants sont cylindriques,ilS tournent autour de leurs axes "imaginaires", effectuant un mouvement similaire à celui d'une rouleuse ou d'un laminoir, ou encore de deux roues dentées qui s'engrènent.

La variation des 10 paramètres prémentionnés caractérisant des courants contre-rotationnels, donne lieu à une infinité de possibilités.

Nous nous bornons dans ce cadre à la description de
"Courants gazeux contre-rotationnels, verticaux, cylindriques" de caractéristiques identiques ou analogues (abrégé : "CRVC").

Le comportement de tels courants, peut être visualisé en installant 2 cyclones jumelés avec des entrées parallèles, alimentés en air chaud saturé d'humidité. (Planche 1).
En opérant par temps froid, la vapeur d'eau se condense immédiatement à la sortie des cheminées des cyclones, -formant un brouillard dense, donc très facilement visible. En raison de l'alimentation des cyclones par un conduit jumelé entre eux, les cheminées débitent des courants contre-rotationnels, malgré le débit relativement faible (30.000 m3 effectifs à I'heure), les colonnes d'air chaud émises par les cheminées des cyclones atteignent 20 à 30 m de hauteur, en dépit d'un vent de 6 m/s, alors que la vitesse de l'air chaud était égale ou inférieure à cette vitesse.

Contrairement à ce que l'on pouvait penser, les colonnes de "CRVC" ne sont pas rabattues par le vent comme le panache d'une cheminée ordinaire dès que la vitesse ascensionnelle est égale à celle du vent, mais elles continuent à monter verticalement, à peine légèrement inclinées.

Il y a, de toute évidence, un phénomène d'action des couches limites à l'interface entre les colonnes en rotation et le vent, évoquant l'effet
Magnus. Mais, à l'inverse de celui-ci > au lieu de provoquer une déviation latérale, (celle de la balle de tennis en rotation), c'est le vent qui est dévié par les colonnes en rotation. (Planche 5).

Ces colonnes fournissent l'énergie de déviation par la perte d'une couche limite. Le phénomène est persistant oraison du renouvellement de cette couche, grâce à l'alimentation constant de la colonne par le débit à la base. (Planche 4, Figure 3).

L'essentiel de la stabilité des deux colonnes "CRVC" au vent est la contre-rotation, provoquant une déviation du vent dans deux directions opposées, tout comme une aile d'avion qui avance.

Cette stabilité des colonnes "CRVC" n'est cependant pas due à une déviation par un certain vide (effet Magnus ou effet Coanda), mais à la déflection par un obstacle, en l'occurence un gaz se déplaçant à une vitesse
supérieure à celle du vent.

Deux courants "CRVC" n'offrent paradoxalement aux vents que 3 possibi lités et non 4 comme l'on pouvait le penser.le dessin planche 5 explique ces 3 réactions aux vents supposés soufflant de 4 directions différents, décalées de 900.

Fiv.1. Le vent souffle dans le sens de la contre-rotation des colonnes.

De ce fait, il se trouve défléchi à droite et à gauche de cet obstacle, qui engendre, par la rencontre des couches limites des turbulences qui s1ac- croissent et forment un obstacle de plus en plus résistant au vent. Les colonnes "CRVC" se stabilisent donc rapidement.

Fig.2. Le vent souffle à contre-sens de la contre-rotation des colonnes.
De ce fait, une couche de contact est "enlevée" en amont du vent, et rejetée en aval. Les couches voisines du vent, sont défléchies de proche en proche, elles se heurtent et constituent un obstacle par les turbulences ainsi engendrées.

Fig.3. Le vent souffle perpendiculairement aux axes des deux colonnes.

Il se trouve écarté, car dévié dans une direction par la rotation de la colonne et défléchi dans l'autre direction par les turbulences engendrées par cette même colonne, à l'autre face de rencontre.

Le résultat est similaire ceux des cas 1 et 2. La colonne "sous le vent" (la première rencontrée par celui-ci) aurait tendance à s'infléchir vers l'aval, si elle n'était animée d'un mouvement rotationnel et soutenue par la seconde colonne, laquelle renforce sensiblement la "rigidité" de la première.

Ce phénomène de déflection d'un courant, s'observe couramment avec un obstacle solide, se trouvant dans un courant d'eau. L'obstacle solide peut être remplacé par un jet d'eau de masse et de vitesse suffisantes pour défléchir par la quantité de mouvements apportée, une assez grande masse d'eau pour pénétrer le courant. En continuant cet exemple, on cpnçoitqVe si l'on apporte en bordure d'un courant d'eau rapide, une quantité d'eau polluée à très faible vitesse, cette eau polluée s'écoulera le long de la rive et n'aura aucune tendance à se mélanger avec la masse principale du courant.

Par ailleurs, on sait que la déflection d'un courant d'eau provoquée par un obstacle liquide est exclusivement fonction de la masse et de la vitesse de l'obstacle (M x W) d'une part et seulement de la vitesse du courant défléchi d'autre part. L'étendue de ce dernier aussi bien en profondeur qu'en largeur, n intervient pas. L'effet de déflection est seulement influencé par la viscosité des deux liquides.

Il en est de même en ce qui concerne un gaz : la masse énorme d'un vent qui souffle sur une distance de dizaines ou de centaines de kilomètres ne joue aucun rôle en ce qui concerne une déflection locale, si celle-ci est basée sur une technique convenable, à savoir apport de quantité de mouvement supérieure à celle rencontrée.

En cas de fluides gazeux, les phénomènes de déflection d'un courant principal par un courant obstacle (non-turbulent de préférence) est encore plus prononcé et plus spectaculaire pour deux raisons
- les fluides gazeux sont compressibles, la masse plus éloignée ntest
donc pas concernée par la déflection locale.

- le courant obstacle ("fumées") est toujours plus chaud, donc plus visqueux que l'air ambiant, il manifeste donc une plus grande "rigidité" visà-vis du vent.

La très faible portée verticale des fumées émises par des cheminées conventionnelles et nécessitant de ce fait la construction de cheminées de très grandes hauteurs, est due à deux causes
- le régime turbulent des gaz émis
- la direction verticale des gaz émis
Le vent, qui souffle en général en régime rectiligne (non-turbulent), aborde les fumées à l'angle droit (ou presque) et dissipe la faible quantité de mouvements des fumées par des masses d'air pratiquement illimitées car continuellement renouvelées. En revanche, les fumées émises en mouvement rotationnel s'écoulent à moitié parallèlement au vent et à moitié contraires au vent. Les deux effets se compensent : l'obstacle gazeux, en rotation ne s'oppose pas au vent, mais écarte celui-ci sous forme d'une colonne, et monte verticalement jusqu'à l'épuisement de son énergie cinétique.

Sur la planche 4, la figure i montre le gradient de vitesse à 1 'inté- rieur et à la sortie d'une cheminée : la vitesse rotationnelle est minimum dans l'axe et maximum à la périphérie.

Au fur et à mesure que la colonne monte, le gradient de vitesse s'inverse en raison du freinage par le vent, comme l'indique, planche 4, la figure 2. Le mouvement rotationnel étant par définition non-turbulent, comme celui de tous les cyclones, le vent enlève et entraîne une couche extérieure de la colonne, comme l'indique, planche 4,la figure 3, et il s'écarte de ce fait.Le milieu de la colonne de fumée étant continuellement renouvelé par ma source (cheminée), elle s'élève à une hauteur qui est essentiellement fonction de la vitesse du vent d'une part et de la quantité de mouvement se manifestant par le régime rotationnel d'autre part.
La portée verticale considérable de ces colonnes rotationnelles pouvant dépasser 100 m, est principalement due à l'absence de turbulences et à la déflection méthodique du vent, qui se fait pratiquement sans déperditions.

Les cheminées conventionnelles ne permettent une intervention que sur seul paramètre qui est la température, L'augmentation de celle-ci est coûteuse et n'augmente la portée verticale que faiblement et par vent nul indépendamment du volume,
La variation de la vitesse de rotation du fluide évacué par les cheminées, indépendamment du volume, étant un paramètre essentiel pour la mise en application de la technologie du présent brevet, on utilise avantageusement en dehors des hélices multipales déjà décrites, des hélices du type propulsion d'avions, caractérisées par un centre dégagé pour le passage de l'air et des pales à incidence variable, soit à l'arrêt, soit en marche, afin de pouvoir varier indépendamment volume et vitesse du gaz véhiculé.

En ce qui concerne l'évacuation de gaz ou vapeurs polluants dans l'at oosphère, le niveau de ces émissions est d'une importance capitale pour le
qui voisinage/n'est pas seulement menacé en cas de vents plongeants, mais surtout en cas de vent nul ou faible (inférieure à 1 m/s) ou encore, en cas de plafond de nuages bas ou d1une couche d'inversion basse.

On sait que ce problème revêt une si grande importance que dans divers pays et dans des zones de fortes concentratiofls industrielles produisant des gaz polluants, les services concernés par les nuisances. atmoshériques, ont monté des organisations complexes de surveillance, d'avertissement et d'intervention. Cette dernière consiste à obliger certains gros producteurs de polluants atmosphériques, soit à diminuer sensiblement ces émissions en utilisant par exemple un combustible non-polluant (gaz), soit à arrêter complètement les installations.

De telles actions et interventions créent évidemment des perturbations économiques considérables pour l'industrie.

Les cheminées objet de la présente invention,permettent d'éviter la plupart, sinon la totalité de telles interventions, par la localisation des émissions à des hauteurs variables entre 100 et 400 mètres.

On sait qu'un plafond bas ou le niveau de la couche d'inversion se situent généralement entre 50 et 300 mètres de hauteur. Si à une certaine hauteur, le vent est nul ou faible, il n'en est pas de même à d'autres niveaux, résultant de la topographie du site.

Ils'ensuit qu il est possible d?viter la stagnation locale des émis sions polluantes,par le fait de changer le niveau des émissions, c.à.d. de les situer à une hauteur au-dessus du plafond où il règne un certain vent.

La portée verticale d'une émission rotationnelle de gaz d'une température de l'ordre de 50 au-dessus de l'ambiance par vent faible ou nul pour un volume de 200.000 m3 effectifs par heure (soit environ le cinquième des fumées produites par une centrale de 300 tS) est supérieure à 100 mètres.

La conception des cheminées indiquée dans le présent brevet, et plus par ticulirement l'arrangement de quatre cheminées de différentes hauteurs, permet de localiser les départs des émissions polluantes à différentes hauteurs en réalisant par exemple des cheminées de 50m, de zoom, de 200m et de 300m de hauteur, permettant d'émettre grâce à la variation de la portée à des niveaux allant de 75 à 400 mètres.

Le niveau optimum des émissions peut être déterminé par une seule station météorologique par site. Elle communique aux industriels concernés, les paramètres intéressants, soit : vitesses et directions des vents à différents niveau, ainsi que l'extension en hauteur de ces courants, permettant ainsi d'émettre à des hauteurs les plus favorables pour la dispersion.

En ce qui concerne l'économie de la présente technologie, il a été mentionné plus haut, que, habituellement, on élève la température des gaz combustion après épuration de 1500C au-dessus de la température ambiante moyenne (qui est de 100C) ce qui constitue une perte de l'ordre de 10 Z du pouvoir calorifique inférieure du combustible mis en oeuvre. Certaines installations se contentent cependant d'élever la température des gaz à 1000C audessus de l'ambiance, ce qui ne présente par conséquent, qu'une perte de 6,66 %, soit pour une centrale électrique de 300 MW, une perte de presque 20.000 kWh.

Selon le présent brevet, on peut se contenter d'éléver au maximum la température des gaz à évacuer de 500C, ce qui représente une économie brute de 10.000 kWh, dont il faut déduire la force-motrice absorbée par les ventilateurs, qui est variable selon les cas, mais se situe entre 200 et 500 kWh pour le problème en question.

Les économies ainsi réalisées sont donc considérables et évidentes, à savoir, de l'ordre de 95 Z.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1) Cheminée cylindrique d'évacuation de gaz et/ou vapeurs dans l'atmosphère caractérisée par le fait que les fluides à évacuer circulent dans la cheminee en régime rotationnel tout en effectuant une trasnlation verticale.

2) Cheminée d'évacuation selon revendication 1, caractérisée en ce qu'elle a une forme de cyclone de captation de poussières renversée, mais sans le cylindre d'évacuation centrale, donc constituée par un collecteur à la base, dans lequel se trouve refoulé en admission tangentielle, le fluide à évacuer.

Ce collecteur se poursuit par un convergeant qui à son tour se termine par une partie cylindrique de grande longueur.

3) Cheminée d'évacuation selon revendication 2, caractérisée en ce que le collecteur de base a une forme cylindrique ou une forme de volute, donc similaire à la carcasse d'un ventilateur centrifuge.

4) Cheminée d'évacuation selon revendications;!,2 et 3 caractérisée en ce que dans la partie supérieure dù collecteur se trouve placée une hélice à axe vertical, commandée en rotation directement ou par l'intermédiaire d'une transmission, d'un réducteur, d'un renvoi d'angle.ou tout autre organe de transmission analogue, actionné par un moteur quelconque.

5) Cheminée d'évacuation selon revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que dans la partie cylindrique se trouvent aménagées des hélices à axes verticaux.

6) Cheminée d'évacuation selon revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que les hélices selon revendications 4 et 5, sont constituées par de nombreuses pales relativement courtes, soit d'une longueur inférieure à 35 Z du diamètre de l'hélice, fixées sur un cercle, tenu par des rayons de façon à laisser au milieu de l'hélice un passage libre pour le fluide en circulation vers le haut.- -

7) Cheminée d'évacuation selon revendications 1, 2 et 3 caractérisée en ce que les hélices selon revendication 6, sont fixées sur l'arbre vertical d'un renvoi d'angle, dont l'axe horizontal est commandé par un moteur se trouvant à l'extérieur du conduit du fluide à évacuer.

8) Arrangement ou installation de deux ou plusieurs cheminées selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le sens de rotation de chaque co- lonne du fluide émis par une cheminée, est l'inverse du sens de rotation de la colonne émise par la cheminée voisine.

9) Arrangement de deux cheminées selon revendication 8, caractérisé en ce que le conduit alimentant'les collecteurs à la base, est de section carrée

la ou rectangulaire et subdivisé en deux conduits parallèles sur/partie droite prenant naissance après une partie de pleine section; La paroi de subdivision est équipée d'un volet commandé de l'extérieur de façon à permettre soit l'alimentation uniforme des deux cheminées, soit l'alimentation d'une seule cheminée, en obturant l'admission dans l'autre.

10) Arrangement de 4 chéminées d'évacuation, selon revendication 8, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation de ces 4 cheminées est rectangulaire ou carré, et subdivisé en 3 conduits parallèles sur la partie rectiligne par 2 séparations prenant naissance après la pleine section, chacune des 2 séparations étant équipée d'un volet, commandé de I'extérieur, de façon à permettre l'alimentation à volonté d'une, de deux, de trois ou de quatre cheminées.

11) Cheminée d'évacuation selon revendications 1,2, et 3, caractérisée en ce que les hélices selon revendications 4 et 5 sont du type hélice de propulsion d'avion, donc caractérisées par le fait d'une forme et incidence particulière laissant un passage libre au milieu et permettant de grandes vitesses de rotation.

12) Cheminée d'évacuation selon revendication 1, 2, et 3, caractérisée en ce que les hélices selon revendication 11, sont fixées sur l'arbre vertical d'un renvoi d'angle.

13) Cheminée d'évacuation selon revendication 1, 2, et 3, caractérisée en ce que les hélices selon revendication 4, 5 et/ou 11 sont du type à incidence variable en marche ou à l'arrêt.

14) Cheminées d'évacuation selon les revendications de 1 à 13 caractérisées en ce que. ces cheminées sont de différentes hauteurs, permettant par une intervention sur leur alimentation, de faire partir les émissions à des niveaux différents.