Brevet FR2468850A1 — publié le 19810508

Objet de l'invention. L'invention concerne un procédé de réchauffage d'une quantité importante de liquide, par exemple, celle d'une installation de traitement de surfaces métalliques, notamment un bain ou un dispositif d'arrose où le produit est réchauffé et recyclé, ledit réchauffage s'effectuant à l'aide d'un brûleur. Elle concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre ledit procédé. Problème posé. Le réchauffage d'une grande quantité de liquide situé dans une installation de traitement quelconque ou même simplement dune-grande quantité d'eau, se rencontre très fréquemment. Il faut le résoudre avec économie dun maximum de combustible et sans altérer les caractéristiques physico-chimiques du liquide de traitement en question. Etat de la technique actuelle et inconvénients. Le procédé le plus courant utilisé est illustré à la figure l des dessins joints au présent mémoire. Pour réchauffer le bac contenant une quantité importante de liquide d'une installation 1, on utilise fréquemment une chaudière 2 possédant une chambre de combustion 3 dans laquelle se développe la flamme d1un bruleur 4 qui réchauffe un faisceau tubulaire 5, combustion qui produit des fumées qui sont évacuées dans la cheminée en 6. Le faisceau tubulaire 5 est alimenté en eau par la conduite 7 et il en ressort dans la conduite 8 soit de l'eau chaude, soit de la vapeur qui est dirigée dans le serpentin 9 disposé au fond du bac l.Les règles de lwéconomie en thermodynamique exigeraient que la conduite de sortie du serpentin soit reliée à la conduite d'entrée 7 du faisceau tubulaire 5 malheureusement il arrive fréquemment que l'eau condensée est rejetée à l'égout en il. Cette disposition a évidemment un rendement thermique. désastreux, d'autant plus qu'il se produit de très importants entartrages externes du serpentin 9, que l'on a essayé d'améliorer de différentes manières. Par exemple, on peut disposer le faisceau tubulaire 5 directement dans le bac 1. Cependant cela ntest pas toujours possible car les dépits qui se produisent sur ltextérieur du faisceau tubulaire sont d'autant plus importants que la température est élevée. De plus cette disposition peut provoquer une hétérogénéité des températures à l'intérieur du bac. La recherche des rendements élevés aboutit à la suppression de tout échangeur par la technique des bruleurs à combustion au sein meme du liquide. Toutefois cette technique entraîne au plus haut point l'inconvénient qui vient d'être cité, à savoir qu'il existe une température ponctuelle élevée en certains points du bain et on aboutit à des.hétérogdnéités de température inacceptables. Par exemple, dans le cas de bain de phosphatation, il faut chercher à obtenir la température la plus régulière et uniforme possible qui se situe dans une fourchette de 55 à 60". De plus, l'emploi de tels brûleurs dans de tels bains provoque des précipitations de certains sels qui sont intolérables. On a essayé de remédier à ces derniers inconvénients en entourant la flamme de buses perforées. On a alors constaté des bouchages de perforation par les sels des bains, bouchages qui ont rapidement modifié les condi tions de fonctionnement du brûleur. On a encore essayé d'utiliser des brûleurs au-dessus du bain de liquide, brûleur dont la flamme est entourée d'une gaine à l'intérieur de laquelle on introduit le liquide à réchauffer qui retombe dans le bain. Dans ce cas aussi, on aboutit à des gradients de température intolérables dans le bain et à des dépôts inacceptables dans le bruleur. De plus, ce genre de brûleur exige un excès d'air important allant jusque 80 % qui provoque ltoxydation des produits et aggrave les dépôts constatés. La présente invention est destinée à remédier à ces divers inconvénients. Brève description de l'invention. Le procédé de l'invention est caractérisé principalement par le fait que le liquide de l'installation est dérivé, à débit élevé, dans un bac relai où ledit liquide est maintenu à niveau constant et où est disposé un brûleur à axe vertical à gaz de combustion immergés. Plus précisément, le liquide dans le bac relai est renouvelé environ cent fois par heure, sa température est peu augmentée, de l'ordre de 50C par exemple, et des moyens sont prévus pour éviter ltentrainement de gaz de combustion par le liquide à réchauffer. Le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel qu'il vient d'être défini est caractérisé par un bac relai dont la partie inférieure est conçue pour contenir le liquide à réchauffer à un niveau constant tout en permettant à ce liquide d'y couler à grande vitesse, dont la partie supérieure est fermée pour contenir les gaz de combustion à évacuer sauf - à la partie supérieure d'un dôme, comportant une évacuation des fumées, - à l'endroit du passage d'au moins un brûleur à axe vertical dont le tube foyer plonge dans le liquide, ledit bac comportant un moyen de captage de gaz de combustion du brûleur qui est prévu à proximité de celui-ci pour diriger ces gaz vers la partie supérieure dudit bac. Suivant une forme préférée de réalisation, le tube foyer du brûleur plonge d'une trentaine de centimètres dans le liquide et est entouré d'une jupe cylindrique descendant un peu plus bas et percée de trous dans sa partie supérieure, située au-dessus du niveau du liquide, ledit brûleur étant alimenté en combustible et en comburant à une pression et un débit-suffisant pour former la flamme jusqu'à une zone située sous le nez du brûleur et pousser les gaz de combustion sous la jupe sans, cependant, provoquer dtentrainement de fumée par le liquide à réchauffer. Suivant une forme préférée de réalisation, le niveau constant dans le bac est assuré par une cloison verticale élevée depuis le fond et fixée, de façon étanche, aux côtés du bac pour assurer le déversement du liquide au-dessus de son bord supérieur rectiligne et horizontal. Enfin, le dispositif est caractérisé par la combinaison d'un bac relai, tel que défini ci-dessus avec un circuit de liaison de l'appareil de traitement, ledit circuit comprenant une pompe d'alimentation du bac relai et un écoulement gravitaire ou une pompe de reprise du bac relai vers l'appareil de traitement, les débits des deux pompes étant régulés pour assurer le niveau constant dans le bac relai. Résultat avantameux. , Ltinstallation de l'invention, sa maintenance et son exploitation sont beaucoup plus simples et économiques que celles d'une chaudière dès les frais d'établissement. Par ailleurs, ce qui est le plus important) c'est que le rendement thermique s'approche du maximum possible (de l'ordre de 96 ss sur Pci) sans toutefois les inconvénients des dépôts et des détériorations des bains tels qu'ils ont été signalés ci-dessus. Il faut aussi signaler que la jupe concentre le bouillonnement des fumées dans une zone limitée autour du brûleur et évite le contact prolongé des gaz de combustion avec le liquide. On contrôle donc la durée de contact de ces gaz avec le bain ce qui permet d'en limiter loxy- dation. Cette jupe évite aussi ltentraSnement des bulles de gaz dans le circuit. Dans un même bac relai, on peut dgailleurs disposer plusieurs brûleurs avec la jupe et augmenter les puissances calorifiques. De même on peut prévoir en parallèle plusieurs bacs relais réchauffant un même bain ou une même installation. Cette dernière disposition permet d'ailleurs, si on le désire, d'adopter des températures légèrement différentes le long dun grand bac d'une même installation. Il faut encore signaler la facilité d'adaptation d'un tel bac relai sur toutes les chaînes de traitement de surfaces ou autres installations existantes ainsi que l'élimination de la cristallisation des produits de traitement du bain susceptible de former des boues qui ont la fâcheuse tendance de se solidifier dans la zone de chauffage du produit. I1 en résulte des économies appré ciables dans l'entretien des installations. L'invention sera mieux comprise à l'aide-de la description suivante qui en donne un exemple non limi tatif de réalisation pratique et qui est illustré par le dessin joint. Brève description des dessins. Dans ces dessins La figure 1, représente, comme on l'a vu ci-des sus, le schéma simplifié d'une installation classique. La figure 2 représente le schéma simplifié d'une installation suivant l'invention. La figure 3 est une coupe verticale du bac relai du dispositif de l'invention. Description d'un mode préféré de réalisation de l'invention. Le dispositif de l'invention comprend l'lnstal- lation ou bac de traitement 12 contenant le liquide de traitement, d'une part, et le bac relai 13, d'autre part. Le liquide de traitement circule entre le bac de traitement 12 et.le bac relai 13 par une conduite 16 à l'aide d'une pompe 17. I1 circule entre le bac relai 13 et le bac de traitement 12 par une conduite 14 qui constitue un écoule ment gravitaire, ou peut etre pourvue d'une pompe 15. En se reportant à la figure 3, qui représente en détail le bac relai, on voit que la conduite 16 abou tit à l'entrée 18 et que la conduite 14 part de la sortie 19. Les flèches 20 et 21 matérialisent le sens de circu lation du liquide. Le bac relai 13 présente une cloison verticale 22 élevée depuis le fond 23 du bac i3 et fixée, de façon étanche, aux côtés dudit bac 13. Le bord supérieur 24 de la cloison 22 est rectiligne et horizontal de façon que le liquide à l'intérieur du bac 13 se maintienne au niveau constant 25 en se déversant au-dessus dudit bord à condition, évidemment, que la conduite gravitaire 14 (ou la pompe 15) écoule convenablement le liquide qui se trouve à la partie gauche de la cloison 22 telle qu'elle est représentée à la figure 3. Pour cela, il existe une régulation des débits et des pompes 15 et 17 pour que le niveau 26 du liquide à gauche de la cloison 22 soit toujours inférieur au niveau 25, ledit niveau 25 étant toujours le même que celui du bord 24 de la cloison 22. Une particularité importante de l'invention réside dans le fait que le débit des pompes 15 et 17 est relativement élevé. Ce débit est tel que le volume de liquide dans le bac 13 est renouvelé environ 100 fois par heure. Le bac 13 est fermé à sa partie supérieure et il comporte un dôme 27 surmonté d'un conduit de régulation des fumées 28. I1 comporte aussi un brûleur 29 dont l'utilisation est un élement essentiel de l'invention, compte-tenu de ses qualités particulières de combustion (faible taux d'imbrûlés) et qui va être décrit en détail maintenant. Le brûleur 29 est du type à combustion à condensation des fumées avec une chambre de combustion 30 conçue pour provoquer des tourbillons toroidaux. Ces tourbillons assurent une combustion presque parfaite, sans imbrulés. Evidemment, le brûleur est alimenté en gaz en 31 mais en air en 32 dans des proportions optimum. On a observé que pour éviter les dépôts de produits du bain, il fallait un excès d'air de 15 à 60 p. Une autre particularité très importante de ce brûleur est que son tube foyer 33 plonge dans le liquide à réchauffer et qu'il est entouré d'une jupe 34 cylindri-que descendant un peu plus bas que le tube foyer 33 du brûleur. La jupe 34 est percée de trous 35 > 36 permettant l'évacuation des fumées. Pratiquement, le tube foyer 33 de brûleur est à environ 300 mm du niveau 25 de liquide et à environ 600 mm du fond 23 du bac 13. I1 existe donc une garde convenable entre le front de la flamme du brûleur et le fond 23. Dans un exemple pratique en phase de démarrage, le brûleur est alimenté à raison de 60 Nm3 de gaz par heure et par 700 m3 d'air à l'heure. Le liquide entre en 18 à550C et sort en 19 à 600C en régime établi. Les flèches 37 représentent le développement de la flamme. Les flèches 38 matérialisent le parcours des gaz chauds. Les flèches 39, 40 représentent l'évacuation des fumées à travers les trous 35, 36. Les gaz chauds 38 diffusent dans le liquide suivant des bulles 41 qui se déplacent dans l'espace annulaire entre le tube foyer 33 et la jupe 34. Le cercle 42 représente une coupole simulant le front des gaz chauds en contact avec le liquide qui circule sous la jupe 34 comme représenté par les flèches 43. Les pressions du gaz et de l'air admis en 31 et 32 sont calculées pour que le front de gaz chauds 42 soit suffisant pour réchauffer le liquide mais ne soit pas trop important pour provoquer un entraînement de bulles telles que 41 vers la sortie 19. Dans la pratique la pression de gaz en 31 s'établit entre 70 et 150 millibars tandis que la pression de l'air s'établit entre 70 et 80 millibars. REVENDICATIONS 1 / Procédé de réchauffage d'une quantité importante de liquide, par exemple celle d'une installation de traitement de surfaces métalliques, notamment un bain ou un dispositif d'arrosage où le produit est réchauffé et recyclé, ledit réchauffage steffectuant à l'aide d'un brûleur, c a r acté r i s é par le fait que le liquide de l'installation est dérivé, à débit élevé, dans un bac relai où ledit liquide est maintenu à niveau constant et où est disposé un brûleur à axe vertical à gaz de combustion immergés. 2 / Procédé, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c té r i s é par le fait que le liquide dans le bac relai est renouvelé environ cent fois par heure, que sa température est peu augmentée, de l'ordre de 50C par exemple, et que des moyens sont prévus pour éviter l'entraînement de gaz de combustion par le liquide à réchauffer. 30/ Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel que défini dans lune ou l'autre des revendications 1 ou 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é par un bac relai dont la partie inférieure est conçue pour contenir le liquide à réchauffer à un niveau constant tout en permettant à ce liquide d'y couler à grande vitesse, dont la partie supérieure est fermée pour contenir les gaz de combustion à évacuer sauf - à la partie supérieure d'un dôme, comportant une évacuation des fumées, - à l'endroit du passage d'au moins un brûleur à axe verti cal dont le tube foyer plonge dans le liquide, ledit bac comportant un moyen de captage de gaz de combustion du brûleur qui est prévu à proximité de celui-ci pour diriger ces gaz vers la partie supérieure dudit bac. 40/ Dispositif, tel que défini.dans la revendication 3 > c a r a c t é r i s é par le fait que le tube foyer du bruleur plonge d'une trentaine de centimètres dans le liquide et qu'il est entouré d'une jupe cylindrique descendant un peu plus bas et qui est percée de trous dans sa partie supérieure, située au-dessus du niveau du liquide, ledit bruleur étant alimenté en combustible et en comburant à un pression et un débit suffisant pour former la flanune jusqu'à une zone située sous le nez du brûleur et sous la jupe sans, cependant, provoquer dentrainement de fumée par le liquide à réchauffer. 50/ Dispositif, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que le niveau constant dans le bac est assuré par une cloison verticale élevée depuis le fond et fixée, de façon étanche, aux côtés du baç pour assurer le déversement du liquide au-dessus de son bord supérieur rectiligne et horizontal. 60/ Dispositif, tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications 4 ou 5, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait qu'il combine un bac relai tel qu'il a été défini dans l'une ou l'autre desdites revendications, avec un circuit de liaison à l'appareil de traitement, ledit circuit comprenant une pompe d'alimentation du bac relai et un écoulement gravitaire ou une pompe de reprise du bac relai vers l'appareil de traitement, les débits des deux pompes étant régulés pour assurer le niveau constant d ns lë bac relai. -