Brevet FR2266104A1 — publié le 19751024

a présente invention concerne en général la concepticn des cheminées fumivores destinées à brûler des hydrocarbures gazeux de rebut. Elle concerne plus particulièrement les appa reils destinés à améliorer 11 appel de l'air et son mélange intime par brassage turbulent avec la masse des gaz à brûler qui s élèvent dans la cheminée. Les cheminées fumivores classiques évacuent une masse plus ou moins cylindrique d'hydrocarbures gazeux à brûler. Divers procédés sont utilisés pour activer cette combustion, notamment îT injection à grande vitesse dans la colonne gazeuse de jets de vapeur qui provoquent un appel d'air afin de mélanger par brassage turbulent la vapeur, le gaz et l'air. Ce procédé présente l'avantage supplémentaire d'augmenter le rapport pondéral entre l'hydrogène et le carbone du fait de l'action de préformage de la vapeur qui augmente brutalement la température induite par la turbulence dans la région où se fait le mélange. Il est bien connu que la production de fumée au cours dilua brûlage de gaz à la torche dépend du rapport pondéral entre l'hydrogène et le carbone. Dans le cas du méthane, par exemple, ce rapport (H/C) est de 0,33, et le brûlage n'engendre que très peu de fumée. Dans le cas de l'éthane, ce rapport est de 0,25, et la combustion engendre une quantité appréciable de fumée. Dans le cas du propane et du butane, ce rapport passe respectivement à 0,222 et à 0,208, et la fumée augmente de plus en plus, etc. L'expérience prouve que la production de fumée au cours dTun brûlage à la torche apparat dès que le rapport H/C descend au-dessous de 0,30, et dans 11 état actuel de la teehnique, la fumivorité exige l'injection de vapeur ou d'un autre agent suppresseur de fumée. La présente invention utilise l'énergie cinétique de la colonne gazeuse montante pour augmenter sa turbulence et y provoquer un appel d'air.Elle consiste, à cet effet, à faire péné trer transversalement dans la colonne gazeuse montante des obstacles quelconques qui obstruent partiellement la section du conduit de fumée. Ces obstacles sont de préférence rayonnants de manière à diviser la colonne gazeuse montante en plusieurs secteurs cylindriques séparés par des intervalles. Les obstacles en question peuvent Etre de simples bandes ou barres dont le côté plat est perpendiculaire à la direction du déplacement de la colonne gazeuse, ou entre profilés de manière à faire contourner l'obstacle par les gaz.En réduisant airsi la section dtécoulement des gaz, leur vitesse augmente et leur pression diminue Juste en aval, ctest-à-dire au-dessus de l'obstacle proportionnellement au carré de cette vitesse. Cette dépression aspire l'air atmosphérique qui longe ainsi la surface supérieure de ces obstacles rayonnants et passe låtéralement dans les secteurs cylindriques gazeux qui montent dans la cheminée pour se mélanger aux gaz et activer leur combustion. Ce procédé purement mécanique facilite et améliore la fumivorité du dispositif. Il peut être complété par des injecteurs de vapeur, la grande vitesse des jets de vapeur provoquant un appel d'air qui s'aJoute au courant d'air induit parles obstacles précités et lténergie de la colonne gazeuse montante. La structure selon l'invention se combine ainsi avec les procédés traditionnels de façon efficace. La présente invention coneerne donc un dispositif fumivore assurant la combustion rapide et à température élevée-de la colonne gazeuse montante évacuée par une à l'utilisation rationnelle de l'énergie cinétique des gaz en question qui provoque un appel de l'air atmosphérique et son mélange avec les gaz dont il active la combustion. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels les figures 1, 2 et 3 représentent une première forme de réalisation de l'invention danslaquelle l'appel d'air n'est provoqué que par l'énergie cinétique des gaz à brûler; les figures 4 à 6B inclusivement représentent une seconde forme de réalisation de l'invention présentant les mimes caractéristiques que la précédente, mais dans laquelle plusieurs jets de vapeur périphériques provoquent un appel d'air supplémentaire dans la colonne gazeuse montante et contribuent en outre à l'effet fumivore;; les figures 7 à il inclusivement représentent une troisième forme de réalisation de l'invention présentant les mimes caractéristiques que la forme de réalisation précédente, avec en outre des conduites de vapeur rayonnantes qui, montées sur les obstacles de la première forme de réalisation, projettent horizontalement par des trous des jets de vapeur dans les secteurs cylindriques gazeux ascendants; et les figures 12 et 13 représentent une quatrième forme de réalisation de l'invention dont les conduites de vapeur coopérant avec les obstacles rayonnants sont alimentées par une conduite verticaleicentrée sur l'axe de la cheminée et supportant plusieurs bras rayonnants Les figures 1 et 2 représentent respectivement en plan et en coupe axiale partielle une cheminée 10 modifiée selon l'invention dont les obstacles portent la référence générale 12. Comme le montre la figure 1, le dispositif 12 est constitué de six barreaux plats rayonnants dont les faees plates sont horizontales comme le montre la figure 3. Comme le montre la figure 4, ces obstacles peuvent être seulement au nombre de quatre. En fait, il est possible d'en utiliser un nombre quelconque, étant entendu que plus le diamètre de la cheminée est grand plus il est intéressant dten augmenter le nombre p qu' il s' agit de diviser la colonne cylindrique- gazeuse montante en plusieurs secteurs cylindriques et de provoquer un appel d'air juste au-dessus des obstacles. La vitesse du gaz provoque sa compression au passage des obstacles et la division de la colonne gazeuse,qui est cylindrique en dessous des barreaux en un certain notre de secteurs cylindriques 21 dont la somme des-sections est inférieure à la section de la colonne précitée. La vitesse des gaz augmente de ce fait en aval des barreaux 18 et leur pression diminue La figure 3 schématise ce phénomène au moyen des flèches 22 et 23 qui montrent la déviation des gaz au contact de chaque barre et levzkassage latéral dans les secteurs 21. La diminution de la pression au-dessus des barreaux 18 provoque un appel d'air rayonnant schématisé par les flèches 24, le courant d'air ainsi engendré partant de l'extérieur pour suivre la surface supérieure des barreaux et s'en écarter ensuite latéralement pour passer dans les colonnes gazeuses montantes (voir flèches 26). Ltair extérieur à la cheminée passe ainsi dans la partie centrale de la colonne gazeuse en augmentant la chaleur et la turbulence dans toute 1' épaisseur de cette dernière et en activant sa combustion sans production de fumée. Lt expérience a prouvé que ce dispositif provoque dans la colonne gazeuse un appel d'air suffisant pour réduire la quantité de fumée engendrée par les gaz sans qu'il soit nécessaire d'utiliser d'autres dispositifs fumivores. Les barreaux rayonnants 18 sont reliés les uns aux autres au centre de la cheminée par une plaque 19 qui constitue elle-mEme un obstacle, leurs extrémités extérieures étant vissées ou soudées sur la paroi l4 ou au sommeil6 de la cheminée. Trois autres- formes de réalisation de l'invention im piquent une utilisation de plus en plus grande de la vapeur comme agent fumivore. La forme de réalisation représentée sur les figures 4 à 6B inclusivement comporte les barreaux rayonnants 18, la plaque centrale 19 et les secteurs cylindriques 21 de la première forme de réalisation, mais en outre un collecteur annulaire 34 qui entoure la cheminée et d > ou partent plusieurs colonnes montantes 36 percées d'un Qu de plusieurs trous latéraux 37 du côté du centre de la cheminée (voir figure 6). La vapeur suit dans ces colonnes le trajet indiqué par la flè ohe 38 et en sort plus ou moins horizontalement et radialement par les trous 37 comme le montre la flèche 39. Ces jets de vapeur à grande vitesse pénètrent dans la colonne gazeuse en provoquant un appel d'air schématisé par les flèches 40 (figures 5 et 6), de sorte qu'aux effets bénéfiques du dispositif 12 de la figure 2 s' ajoute un courant d'air induit par ces jets de vapeur. Les figures 6A et 6B mettent en évidence que les colonnes montantes 36 peuvent comporter plusieurs trous 37A,37B et 37C du côté du conduit de fumée afin, comme le montre la figure 4, de diriger à partir des colonnes, 36 situées dans le prolongement des barreaux 18 un jet de vapeur 41 orienté suivant l'axe des barreaux et deux autres jets 42 et 43 plus ou moins orientés vers les secteurs 21. Les colonnes 36 siutées entre les obstacles 18 peuvent ne comporter qu'un seul trou 37C par lequel sort un jet de vapeur 41 qui pénètre radialement; dans le secteur 21 correspondant en provoquant; un appel d'air schématisé par les flèches 45, cet air se mélangeant par brassage turbulent avec le gaz.En revanche, sur les figures 1 et 3, le courant d'air induit le long de la surface supérieure des obstacles 18 s'écoule latéralement comme le montrent; les flèches 26 en passant sous les jets 41 et en pénétrant la-couche périphérique interne de chaque secteur cylindrique gazeux 21. Les figures 7 à 11 inclusivement représentent une troisième forme de réalisation de l'invention qui comporte, en plus des obstacles 12 et du dispositif 29 qui vient dt8tre décrit en regard de la figure 4, un autre dispositif d' injection de vapeur constitué par plusieurs conduites horizontales 50 partant res peetivement de chacune des colonnes montantes 51- qui sont situées en face des obstacles 54 en longeant la face supérieure de ces derniers.Ces conduites 50-sont percées de chaque caté de rangées de trous par lesquels sortent autant de jets de vapeur 56, comme le montre la figure 7. Comme dards la formede réalisation précédente, les courants d'air induits schématisés par les flèches g8 longent les conduites 50 entre elles et les obstacles ou bras 54 pour dévier ensuite latéralement en pénétrant les secteurs 21, comme le schématisent les flèches 56. Comme le montre la figure 10, l'extrémité intérfeure de chaque conduite 50 comporte un orifice central 62 par lequel la vapeur en sortant engendre des tourbillons-dans la partie centrale de la colonne gazeuse. Les conduites 50 sont soudées aux obstacles 54 èn forme de plaques oblongues qui assument la mEme fonction que celles décrites en regard de la figure 1. Comme le montre la figure 5, le bord supérieur 16 de la cheminée a un profil particulier, ctest-à-dire forme une collerette à section S percée de trous 27 et 28 destinés à diriger vers ie haut plusieurs jets gazeux dans la couche périphérique des secteurs 21 en y augmentant la turbulence et en y favorisant le mélange de l'air avec le gaz (voir figures, 5 et 7). La technique antérieure utilise déjà couramment ce dispositif qui n'assure pas cependant f' l'appel d'air vers le centre de la colon- ne gazeuse comme le fait le dispositif selon l'2nvention dont c1 est l'objet principal. La figure 9 représente une légère modification de l'obstacle 54 qui consiste à souder le long des rives de la face inférieure de cette plaque deux segments cylindriques concaves 65 destinés à guider le courant de vapeur comme le schématisent les flèches 62 et 63 , afin d'augmenter la vitesse du gaz au moment où il dépasse l'obstacle et par consé- quent- d'abaisser davantage la pression en aval en provoquant ainsi un appel d'air plus énergique. La quatrième forme de réalisation représentée sur les figures 12 et 13 est identique à celle décrite en regard des figures 7 à Il à ceci près que les conduites de vapeur horizontales 71 sont alimentées par une conduite verticale 72 centrée sur l'axe de la cheminée et fermée à son sommet; par une plaque 74. L'extrémité supérieure de cette conduite 72 est percée latéralement de trous 76 par lesquels la vapeur passe dans les conduites 71, ellesmeAmes percées de rangées horizontales de trous 78 par lesquels jaillit la vapeur comme le schématisent les flèches 79. Ce dispositif peut Entre utilisé seul ou en coopération avec le collecteur périphérique 34 et les colonnes montantes 36 représentées sur la figure 5.Les conduites 71 reposent sur les obstacles ou barreaux 70 comme dans les autres formes de réalisation et les courants de gaz, de vapeur et d'air sont les mimes que sur la figure 9. L'essentiel de l'invention repose sur l'utilisation d'obstacles qui, à partir de l'énergie cinétique de la colonne gazeuse mpntante, provoquent un appel d'air dans sa masse. Ce perfectionnement a toutefois des limites qui peuvent rendre nécessaire l'utilisation supplémentaire de jets de vapeur comme agents fumivores, les procédés correspondants étant décrits en regard des seconde,troisième et quatrième formes de réalisation de l'invention. La seconde ne comporte qu'une rangée de colonnes montantes périphériques dirigeant radialement des jets de vapeur. Les troisième et quatrième comportent en outre des conduites radiales et horizontales de vapeur montées sur les obstacles et dirigeant des jets de vapeur dans les flancs des secteurs cylindriques gazeux, la seule différence entre elles étant la manière dont ces conduites radiales sont alimentées en vapeur. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent; être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. RE\TTDICAT IONS 1 - Dispositif fumivore assurant la combustion de la colonne montante dthydrocarbures gazeux évacués par une cheminée cylindrique verticale, caractérisé par un ou plusieurs obstacles oblongs et horizontaux qui, partant de la paroi de la cheminée vers l'intérieur, obstruent au moins une partie de la sortie de son conduit de fumée de manière à diviser transversalement ladite colonne et à engendrer en aval des obstacles une chute de pression et donc un courant d'air qui longe de ltextérieur vers l'intérieur leur surface supérieure et pénètre dans les colonnes gazeuses en activant leur combustion. 2 - Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce que chaque obstacle est un barreau à section générale triangulaire dont une arête, dirigée versl'amont de la colonne montante, se raccorde à la face supérieure plate du barreau par deux faces concaves en forme de segments cylindriques. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obstacle comprend plusieurs éléments rayonnants à partir d'un élément central auquel ils sont fixés. 4 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un injecteur dirige un jet de vapeur vers l'intérieur de la cheminée, au-dessus de chaque obstacle. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que 1' injecteur comprend un collecteur périphérique de vapeur communiquant avec plusieurs colonnes montantes. 6 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une source alimente en vapeur plusieurs conduites radiales percées de trous horizontaux et supportées par la surface supérieure des éléments rayonnants. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de vapeur est un collecteur périphérique auquel sont reliées lesdites conduites. 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de vapeur est une conduite verticale centrée sur l'axe de la cheminée et à laquelle sont reliées les conduites radiales.