Brevet FR2461908A1 — publié le 19810206

La présente invention concerne des buses pour fours rotatifs et, plus particulièrement, des buses ayant des conduits d'introduction de gaz et d'air à l'intérieur d'un four rotatif qui soient auto-nettoyables. On connait des fours rotatifs dans lesquels plusieurs conduits sont prévus au travers de la virole du four pour admet- tre de l'air et/ou du combustible à l'intérieur de ce dernier. Comme exemples de réalisation connus de ce genre, on peut citer les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 1 216 667, 2 091 850, 3 182 980, 3 198 235, 3 794 483 et 3 946 949. Dans le domaine connu, du combustible et/ou de l'air sont injectés dans le four par l'intermédiaire de conduits pen- dant que ces derniers sont placés au-dessus de la charge de ma- tière constituant le lit. En variante, on peut effectuer l'in- jection quand les conduits sont situés en dessous du lit de ma- tière qui se compose de fines et de particules de plus grosses dimensions. Dans cette condition, les fines et les petites par- ticules pénètrent dans les conduits et la tuyauterie associée en gênant l'écoulement du fluide dans le conduit et en provo- quant éventuellement une obstruction complète du conduit, ce qui le rend inutilisable pour une injection de fluide en des- sous du lit. Il est courant de prévoir un grand nombre de bu- ses, de l'ordre de 300, dans un four rotatif de 45 mètres de longueur. En conséquence, lorsqu'un certain nombre de conduits sont bouchés et inutilisables, le rendement du four est diminué et l'intervalle s'écoulant entre des périodes d'entretien est réduit, ce qui augmente les frais d'exploitation. En outre, les conduits sont soumis à des températures extrêmement éle- -vées. Pendant que du fluide s'écoule dans un conduit, le flui- de lui-même a tendance à refroidir ce dernier. Cependant, lors- qu'il ne s'écoule aucun fluide dans le conduit, la température du conduit ez de la structure associée s'approche de la tempé- rature régnant à l'intérieur du four, ce qui diminue la durée de service du conduit. L'invention a en conséquence pour but général de pro- poser un conduit de purge de four rotatif qui soit auto-net- toyable. L'invention a en outre pour but de fournir un con- duit de purge qui comporte une purge en labyrinthe permettant 2 46 1908 un mélange turbulent assurant l'enlèvement de particules des ca- vités du conduit. L'invention a également pour but de fournir un conduit de purge qui réduise au minimum l'emprisonnement de fines parti- cules dans la tuyauterie de purge d'un four rotatif. Selon l'invention, il est prévu un conduit de purge comportant une ruse pourvue de plusieurs orifices, ayant de pré- férence un diamètre d'environ 6,4 mm. En arrière de la buse, il est prévu un élément en forme de cuvette qui constitue une bar- rière circulaire disposée concentriquement et dans laquelle un fluide est admis. L'élément en forme de cuvette est agencé pour venir buter contre la surface arrière de la buse sur son bord périphérique. La barrière circulaire s'étend depuis le fond de la cuvette jusqu'en un point situé à courte distance de la sur- face arrière de la buse, en définissant ainsi un intervalle d'écoulement de fluide. La barrière définit, en coopération avec la paroi de la cuvette, une chambre à particules dans laquelle- les particules pénétrant par les orifices de la buse sont empri- sonnées. Le volume intérieur de la barrière circulaire définit une chambre dans laquelle du fluide est introduit. La barrière comporte plusieurs ouvertures qui sont ménagées dans sa paroi cylindrique et par l'intermédiaire desquelles une partie du fluide fourni à la chambre est dérivée vers la chambre à parti- cules avec le fluide et avec des particules emportées par le fluide sortant par les orifices de buse. Le fluide passant dans l'intervalle défini par le bord de la barrière amplifie le-mé- lange turbulent se produisant à travers les ouvertures de la pa- roi de la barrière. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins an- nexés dans lesquels: la fig. 1 est une vue de côté d'une portion de four tournant comportant plusieurs conduits d'alimentation avec purge confor- mes à la présente invention; la fig. 2 est une coupe d'un conduit d' alimentation avec purge placé dans la paroi du four, la coupe étant faite suivant la li- gne II-II de la fig. 1; la fig. 3 est une vue de face de la structure de buse; 246190E la fig. 4 est une vue en coupe à échelle agrandie d'un conduit d'alimentation avec purge; et la fig. 5 représente une variante de l'invention représentée sur la fig. 2 et montrant un conduit d'alimentation avec purge en labyrinthe à chambres multiples pour des buses de plus gran- des dimensions. Le four 10 représenté sur la fig. 1 comprend un corps cylindrique allongé Il qui définit une chambre cylindrique 12. Le corps Il du four comprend une virole extérieure 14 en acier qui est revêtue d'une matière réfractaire appropriée 16, par exemple des briques réfractaires. On peut prévoir des moyens connus pour supporter et entraîner en rotation le four. Puisque ces moyens ne font pas partie de la présente invention et sont bien connus, on ne les décrira pas dans la suite. Plusieurs bu- ses 20 réparties circonférentiellement et axialement sont pré- vues autour de la surface du four de manière à déboucher dans la chambre 12. Les buses 20 sont toutes d'une construction et d'un fonctionnement semblableset une description d'une des bu- ses se rapporte à toutes les autres buses. Comme le montre la fig. 2, la buse est disposée à l'intérieur d'un manchon cylin- drique en acier, ou conduit 21, qui est fixé à l'intérieur d'une ouverture appropriée 22 ménagée dans la paroi du four. Dans ce conduit 21, la buse 20 est supportée de manière à assurer un positionnement désiré de la face intérieurede la buse par rap- port à la surface intérieure des parois réfractaires. Comme le montrent les fig. 2 et 3, la buse 20 com- prend une plaque 26 pourvue de plusieurs orifices 27 destinés à diriger du fluide sous pression dans la chambre 12 du four. Comme indiqué, les orifices 27 sont répartis suivant une ran- gée circulaire adjacente au bord périphérique de la plaque 26 et ils sont dimensionnés de façon à empêcher une obstruction par des particules et du laitier. La plaque 26 comporte un trou axial fileté 28 qui reçoit une tige filetée 29. A son extrémité opposée ou extérieure, la tige 29 dépasse extérieurement du con- duit ou tuyau 21, qui comporte une bride radiale 34 comme indi- qué sur la fig. 4, ladite tige étant vissée dans un chapeau d'obturation 36 fixé à l'aide de boulons 37 sur la bride 34. Du fluide est introduit sélectivement dans les buses par l'intermédiaire de tuyaux d'alimentation 41 (fig. 1) qui sont reliés aux conduits 21 et à une source de fluide. Chaque conduit d'alimentation est associé à une vanne individuelle 42. Il est à noter qu'on peut utiliser tous autres moyens de dis- tribution et de commande pour alimenter sélectivement en fluide les conduits 20, suivant ce qui est désiré. Quand le four 10 tourne, les conduits propres sont en- traînés en rotation en dessous du lit de matière (non représenté) se trouvant dans la chambre de four 12. Avant que le fluide sous pression arrive dans les conduits se trouvant en dessous du lit de matière, des fines risquent de passer par les orifices 27 de la buse et de pénétrer dans les conduits d'alimentation. Pour éliminer cette condition, la buse 20 est pourvue d'une cuvette en labyrinthe 46 (fig. 2) qui retient les particules ou fines passant par les orifices de buse 27 (fig. 2 et 3). Les particu- les qui ont été retenues dans le labyrinthe de la cuvette 46 sont réinjectées à travers la buse dans la chambre de four 12 après que le fluide sous pression a passé par le conduit. La cu- vette à labyrinthe 46 est auto-purgeuse et elle assure un mé- lange turbulent des particules retenues avec le fluide, de sor- te que ces particules sortent avec le fluide à travers les ori- fices de buse 27. Dans ce but, l'élément à labyrinthe se présentant sous la forme d'une cuvette 46 comprend une partie annulaire en for- me de disque 47 qui est pourvued'un trou axial 48 (fig. 2) au travers duquel la tige 29 passe librement. Le bord périphérique 51 de la cuvette 46 vient buter contre la surface adjacente de la plaque à orifices 26, à l'extérieur des orifices 27, de fa- çon à ne pa gêner l'écoulement du fluide dans les orifices. Un moyen approprié de fixation, tel qu'un écrou 52 vissé sur la ti- ge 29 de manière à se bloquer contre la cuvette à labyrinthe 46, assure la fixation de cette dernière en position contre la pla- que à orifices 26. Plusieurs ouvertures d'admission de fluide 53 (dans cet exemple particulier, il est prévu douze ouvertures dont deux sont visibles sur la fig. 2) sont ménagées dans le fond 55 de la cuvette 46 en étant espacées et réparties en cer- cle autour de l'axe de la cuvette. Un déflecteur ou barrière circulaire 56 est fixé sur le fond de la cuvette 46. Le diamè,- tre de la barrière est tel qu'il est possible de centrer cette barrière à l'intérieur de la cuvette 46 et de la positionner à l'extérieur du cercle des ouvertures 53. En conséquence, la bar- rière 56 définit une chambre intérieur 57 et une chambre de rete- nue de particules 58. Comme indiqué, la barrière 56 a une longueur axiale dimensionnée de façon qu'elle ne s'applique pas contre la surface adjacente de la plaque à orifices 26, en créant ainsi un intervalle d'écoulement de fluide 61. La barrière 56 est pourvue de plusieurs orifices 62 qui sont espacés de manière équidistan- te. Avec l'agencement décrit ci-dessus, du fluide sous pression pénètre dans la chambre 57 a travers les ouvertures 53 de la cuvette à labyrinthe 46. Le fluide pénétrant dans la cham- bre 57 est alors divisé et une partie de ce fluide passe par les orifices 62 de la barrière pour pénétrer dans la chambre à par- ticules 58. Le fluide dérivé tourbillonne dans la chambre 58 du fait du changement brutal de trajet d'écoulement et également du fait que le fluide vient percuter la surface de la paroi de la chambre. Ce tourbillonnement crée l'effet correct de mélange tur- bulent requis, pour prélever les particules hors de la chambre 58. L'autre partie du fluide arrive sur la surface de la plaque à orifices 26 et elle est dérivée vers l'extérieur, à travers l'intervalle circulaire d'écoulerment 61, jusque dans la partie de la chambre à particules 58 qui est située à droite des ouver- tures 62, comme indiqué sur la fig. 2, o elle est mélangée avec le fluide chargé de particules provenant du fond de la chambre 58. On a constaté que, pour une buse d'un diamètre de 108 mm, un intervalle d'écoulemen-G de fluide 61 de 1,6 mm permettait d'obtenir, en combinaison avec douze ouvertures 62 de 3,2mm de diamètre, une section de passage d'écoulement créant une perte de de charge produisant le mélange turbulent désiré des particules avec le fluide. Bien qu'on ait représenté sur les figures une seule structure de cuvette à labyrinthe, il va de soi qu'il est possi- ble d'adopter un dispositif à plusieurs labyrinthes pour des bu- ses de grand diamètre. On a représenté sur la fig. 5 un tel dis- positif à plusieurs labyrinthes 66. Comme indiqué, il est prévu un élément 67 en forme de cuvette qui comporte une ouverture axiale destinée à recevoir la tige filetée 29A. Une extrémité de la tige 29A est fixée dans une plaque circulaire à orifices 68. L'élément 67 peut être fixé sur la plaque à orifices 68 par tout moyen approprié. Dans la plaque 68, il est prévu trois cercles concentriques d'orifices espacés les uns des autres, ces cercles étant désignés par 69A, 69B et 69c. La tige 29A joue le même rô- le que la tige 29 précédemment décrite. Il est prévu dans le fond de la cuvette 67 des ouvertures 71, 71A et 71B qui remplis- sent la même fonction que l'ouverture 53 de la cuvette unique 47. Trois éléments formant barrière 72, 73 et 74 sont disposés concentriquement et s'étendent à partir du fond de la cuvette 67 jusqu'en point situé à une courte distance de la plaque 68 à orifices afin de former des intervalles d'écoulement de fluide 76, 77 et 78 qui fonctionnent de la même façon que l'intervalle d'écoulement de fluide 61 associé a la structure à un seul laby- rinthe. Chacune des barrières 72, 73, 74 comporte plusieurs ouvertures 81, 82, 83 qui sont ménagées de façon à permettre la dérivation d'une partie de l'écoulement de fluide pénétrant dans les ouvertures 71, 71A et 71B. En conséquence, l'action du flui- de dans chaque chambre à particules 86, 87 et 88 est la même que celle obtenue pour la chambre à labyrinthe unique 58. Dans chaque cas, la section de passage doit être déterminée pour ob- tenir les caractéristiques d'écoulement et les pertes de charge nécessaires pour créer le mélange turbulent désiré du fluide avec les particules. Bien entendu, la portée de l'invention n'est pas limi- tée aux seuls modes de réalisation décrits précédemment. à titre d'exemple non limitatif mais elle couvre également toute variante qui ne différerait que par des détails. REVENDICATIONS 1. Buse à conduit d'alimentation avec purge auto-net- toyable pour l'introduction d'un fluide dans un four tournant comportant un manchon creux qui traverse la paroi du four de l'extérieur vers l'intérieur, ladite buse s'étendant le long d'un axe à l'intérieur du manchon et comportant une plaque à ori- fices placée dans une position adjacente à l'intérieur du four et ayant plusieurs orifices dont les dimensions permettent le passage des particules à traiter dans le fourcaractérisée en ce qu'elle comprend un élément à labyrinthe (46) fixé sur la buse (20), sur un côté de la plaque (26) à orifices (27) éloigné de l'intérieur du four, ledit élément comportant une chambre (58) servant à emprisonner des particules qui ont pénétré à travers lesdits orifices, un moyen d'entrée (53) de fluide ménagé dans ledit élément à labyrinthe pour permettre la pénétration d'un fluide dans ledit élément, et un déflecteur (56) placé à l'inté- rieur de l'élément à labyrinthe pour réaliser un mélange turbu- lent du fluide admis dans ledit élément avec des particules de matière s'y trouvant, lesdites particules étant évacuées de l'é- lément à labyrinthe par le fluide passant dans le four à travers ladite buse. 2. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit déflecteur (56) est placé de manière à produire un changement de direction d'au moins 900 dans l'écoulement du flui- de pénétrant dans ledit élément à labyrinthe (46). 3. Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit déflecteur (56) est également manoeuvrable pour établir un second trajet d'écoulement de fluide en vue de produire un second courant turbulent qui sè combine- avec l'autre courant tur- bulent pour renforcer le premier courant d'écoulement de fluide chargé de particules. 4. Buse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit élément à labyrinthe comprend une cuvette de retenue (46) des particules ayant un fond (55) écarté du côté de la plaque à orifices (26) qui est éloigné de l'intérieur du four, en ce que ledit moyen d'entrée de fluide comprend plusieurs ouvertures (53) ménagés dans ledit fond (55) de la cuvette de retenue de manière à former une entrée pour le fluide admis dans ladite cuvette de retenue, en ce que ledit dé- flecteur (56) comprend une paroi formant barrière et s'étendant 24 61908 du fond de ladite cuvette en direction de ladite buse, ladite barrière couvrant les ouvertures fornées (53) dans le fond de la cuvette et définissant une chambre intérieure (57) destinée à recevoir du fluide par lesdites ouvertures et une chambre (58) servant à collecter les particules pénétrant par les orifices (27) de ladite buse, et en ce qu'il est prévu dans la paroi for- mant barrière plusieur orifices (62)'d'écoulement de fluide ser- vant à diriger du fluide provenant de la chambre intérieure vers la chambre collectrice de particules afin de produire un mélan- ge turbulent des particules avec le fluide et de les évacuer ainsi à travers les orifices (27) de buse dans la chambre du four. 5. Buse selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite paroi formant barrière (56) s'étend depuis le fond (55) de ladite cuvette de retenue (46) jusqu'en un point situé près de ladite plaque à orifices(26) afin de définir avec elle un second intervalle (61) d'écoulement de fluide de manière qu'une partie du fluide pénétrant dans ladite chambre interne (57) passe à travers ledit intervalle pour se mélanger avec le fluide turbulent chargé de particules qui provient de la chambre de retenue (58) des particules. 6. Buse selon l'une des revendications 4 ou 5, carac- térisée en ce que la section d'écoulement combiné définie par lesdites ouvertures de la barrière et ledit intervalle d'écou- lement produit une perte de charge servant à engendrer le mélan- ge turbulent désiré des particules avec le fluide.