Brevet FR2462398A1 — publié le 19810213

- 1 - La présente invention concerne un échangeur à colonne destiné à préchauffer, avant leur enfournement dans un four de fusion de verre, des éléments agglomérés de composition vitrifiable, tels que boulets, plaquettes, etc... Pour améliorer le rendement thermique d'un four de fusion de verre, il est connu de récupérer une partie de la chaleur sensible des fumées sortant du four dans des cham- bres de régénération ou dans des récupérateurs. On obtient un rendement encore plus élevé en utilisant la chaleur résiduelle des fumées sortant des régénérateurs ou des récupérateurs pour préchauffer des éléments agglomérés de composition vitrifiable, avant leur introduction dans le four de fusion. Divers types d'échangeurs à colonne ont été déjà proposés pour effectuer un tel préchauffage. Dans un premier type, les agglomérés tombent librement dans la colonne, à contre-courant d'un flux de gaz chauds. Pour augmenter la durée du contact, facteur important pour le rendement de l'échange thermique, on peut jouer sur la hauteur de la colonne, mais, ce faisant, on augmente les pertes calorifi- óues de l'installation, ainsi que son coût de fabrication. On a proposé aussi des colonnes contenant des éléments de garnissage, ralentissant la chute des agglomérés, mais leur fonctionnement est sujet à de fréquents colmatages avec les charges vitrifiables agglomérées. Dans un autre type de dispositifs, auquel précisément la présente inven- tion s'intéresse, le solide à chauffer est disposé en charge dans la colonne. Il est introduit par le haut et extrait par le bas, à contrecourant du flux gazeux avec lequel se réalise l'échange. Dans un tel dispositif, l'homogénéité du flux de gaz chauds dans toute la section de la colonne, et la régularité de l'écoulement par gravité de l'ensemble de la charge contenu dans la colonne constituent des facteurs importants pour le bon fonction- nement du préchauffeur. La Demanderesse a ainsi constaté que si aucune précaution n'est prise, les éléments se - 2- trouvant au voisinage de l'axe de la colonne descendent plus rapidement aue ceux situés au voisinage des parois. Il en résulte une hétérogénéité dans l'échauffement du produit, susceptible de conduire, aux points de températures les plus élevées, à la fusion de certains constituants de la charge, et au colmatage même de la colonne, selon un processus auto-accélérateur. La présente invention a pour objet un préchauffeur susceptible d'effectuer le préchauffage des éléments agglomérés de composition vitrifiable et qui ne comporte pas les inconvénients susmentionnés des préchauffeurs connus. Le préchauffeur selon l'invention est du type constitué par une colonne calorifugée dans laquelle les éléments agglomérés appelés ci-après boulets, descendent en charge par gravité, tandis que des gaz chauds, tels que des fumées provenant des récupérateurs ou régénérateurs, circulent à contre-courant, de bas en haut, et sont aspirés par un ventilateur placé à la partie haute de la colonne. L'invention a pour objet des moyens pour ralentir la descente des boulets de la zone axiale. A cet effet, à l'intérieur de la colonne est monté un élément dièdre dont l'arête est disposée horizontalement, dans un plan vertical de symétrie de la colonne et est tournée vers la sommet de la colonne, ledit élément dièdre définissant ainsi avec la paroi du préchauffeur et avec les talus d'éboulement de boulets aui se forment sous ledit élément dièdre, une chambre de mélange raccordée à un régénérateur ou un récu- pérateur des fumées chaudes du four de fusion. Au cours de leur mouvement de descente, les boulets situés au voisinage de l'axe de la colonne glissent sur les faces inclinées de l'élément dièdre et sont de ce fait freinés par rapport à ceux des zones proches des parois de la colonne. On arrive ainsi à corriger les écarts de vitesse qui étaient enregistrés en l'absence de l'élément dièdre, entre les boulets du centre et ceux de la périphérie, et à éliminer de ce fait les risques de surchauffe et de -3- colmatage de la colonne. D'autre part, quel que soit l'état de remplissage de la colonne, dans la chambre sensiblement prismatique définie par les faces de l'élément dièdrepar les parois de la colonne et par la surface supérieure des talus d'éboulement se formant au pied des faces du dièdre, s'effectue un brassage énergique du ou des courants de gaz chauds, avec création de turbulences, puis une distri- bution homogène des gaz vers tous les points de la colonne. Avantageusement, l'élément dièdre est équipé d'un dispositif permettant de faire varier la pente de ses faces. Un mode de réalisation du préchauffeur selon l'invention sera à présent décrit, à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un préchauf- feur; La figure 2 représente une variante des moyens d'ali- mentation du préchauffeur; La figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1, et La figure 4 est une vue en coupe, analogue à la figure 3, d'une variante de réalisation du préchauffeur. Avec référence à la figure 1, le préchauffeur se présente sous la forme d'une colonne dans laquelle les boulets 12 de la composition vitrifiable sont introduits par le haut à l'aide d'un transporteur 14 et descendent par gravité en traversant successivement une trémie de chargement 16, pouvant être obturée à sa partie inférieure par des moyens de fermeture 18 actionnables par des moyens de commande 20 pneumatiques, hydrauliques ou autres, un sas 22 dont l'orifice inférieur est également obturé par des moyens de fermeture 24 actionnables par des moyens de commande 26, une chambre supérieure 28 dans laquelle sont prévues des ou!es 30 pour la sortie des fumées refroidies, une chambre centrale 32 de section renflée et une chambre inférieure 34 de section réduite obturée par des moyens de fermeture réglables et débouchant sur un distributeur vibrant 36. Lesdits moyens de fermeture peuvent être -4- constitués par un extracteur à volets 35 dont les volets sont avantageusement animés d'un mouvement oscillant, réglable en angle et en durée de période, permettant ainsi de régler le débit des boulets. Le distributeur vibrant 36 peut être remplacé par le tube tournant chauffé décrit dans le brevet n0 l 477 690 de la Demanderesse. Dans ce tube, les boulets peuvent subir, sans collage, un échauffement complémentaire, permettant de réaliser hors du four de fusion une bonne part des réactions de décarbonatation de la charge, conformément aux prescriptions dudit brevet. Avantageusement, un élément déflecteur tronconique 39 en forme d'entonnoir est fixé dans la chambre supérieure 28 au-dessus des ouvertures 30, de façon à maintenir celles- ci bien dégagées. Les parois de la colonne situées au- dessous des ouïes 30 sont calorifugées. Conformément à l'invention, à l'intérieur de la chambre centrale renflée 32 de la colonne est monté un élément dièdre 40 dont l'arête 42 est disposée horizontale- ment dans un plan vertical de symétrie de la colonne. L'arête 42 est tournée vers le sommet de la colonne, tandis que les faces 44, 46 de l'élément dièdre sont inclinées vers le bas, symétriquement par rapport audit plan. Lesdites faces peuvent avoir une certaine mobilité, en vue du réglage du débit des boulets dans la section de la colonne, avec correction éventuelle en cours de fonctionnement. Deux tubulures 47, 49 introduisent, à travers des ouvertures 48, les gaz chauds provenant d'un récupérateur ou d'un régéné- rateur, à l'intérieur d'une chambre prismatique de mélange 50 définie par l'élément dièdre et par la surface supérieure 52 des talus d'éboulement de boulets qui se forment sous ledit élément dièdre. La portion de la colonne comprise entre les ouïes 30 et les ouvertures 48 est mise en dépres- sion par un ventilateur d'exhaure 51 relié aux ou!es par l'intermédiaire d'un cyclone 53 et d'un conduit d'évacuation 55. -5- Comme le montre la figure 3, la chambre 32 peut être de section transversale rectangulaire, cette section permettant d'éviter la formation de zones mortes en forme de coin dans lesquelles les boulets ont tendance à s'immo- biliser. La figure 4 montre une variante de la section, préférée pour sa stabilité dimensionnelle. Cette section est formée de deux demi-cercles accolés à un rectangle. Le remplissage de la colonne en boulets 12 est réglé automatiquement par un premier et par un second détecteurs 54, 56 disposés dans la chambre supérieure 28 de la colonne à des niveaux différents correspondant respectivement au niveau maximal et au niveau minimal imposés pour le sommet du talus 58 de boulets dans ladite chambre supérieure. Le niveau maximum est celui pour lequel l'élément de fermeture 24 peut être complètement ouvert sans être gêné par les boulets et le niveau minimum est celui de l'extrémité inférieure de l'élément déflecteur 39. Ainsi, lorsque le sommet du talus 58 arrive au niveau du détecteur 54, celui- ci commande simultanément l'arrêt du convoyeur 14, la fer- meture de l'élément 24 et l'ouverture de l'élément 18, et lorsque le sommet du talus 58 arrive au niveau du détecteur 56, celui-ci commande la remise en marche du transporteur 14, la fermeture de l'élément 18 et l'ouverture de l'élément 24. Un détecteur 57 dans la trémie 16 est prévu pour le contrôle de la marche du transporteur 14. De même, le réglage de l'ouverture de l'extracteur a volets 35 est commandé automatiquement en fonction du niveau du verre dans le four. Le fonctionnement du préchauffeur qui vient d'être décrit est le suivant: On a représenté le préchauffeur au moment o le talus 58 atteint le niveau du détecteur 54. Celui-ci commande aussitôt la fermeture de l'élément d'obturation 24 et l'interruption du fonctionnement du transporteur 14. Le niveau du four co-mmande le réglage de l'ouverture de l'extracteur à volets 35, et donc - 6- l'écoulement des boulets, qui provoque une baisse du niveau des boulets dans le préchauffeur. Lorsque la surface du talus 58 atteint le niveau du détecteur 56, celui-ci commande l'ouverture de l'élément d'obturation 24 et la remise en marche du transporteur 14. De cette manière, le préchauffeur se trouve être constamment rempli de boulets et le préchauffage peut donc être effectué en continu. Comme il a déjà été précisé, les boulets se trouvant au voisinage de l'axe du préchauffeur glissent sur les faces de l'élément dièdre 40 et sont de ce fait freinés par rapport aux boulets voisins des parois latérales. En choisissant convenablement l'angle au sommet de l'élément dièdre, on arrive à donner à la colonne de boulets une vitesse sensiblement uniforme dans toute la section du préchauffeur. Les fumées chaudes provenant du récupérateur ou du régénérateur sont introduites dans le préchauffeur par les ouvertures 48 à une pression légèrement supérieure ou égale à la pression atmosphérique de manière à empêcher l'introduction d'air froid par la base de la colonne, et se mélangent dans la chambre prismatique 50, d'o elles sont aspirées vers les ouvertures 30 par le ventilateur d'exhaure 51 à travers le cyclone 53. Au cours de leur ascension dans la colonne, les fumées chaudes cèdent une grande partie de leur chaleur aux boulets, de sorte qu'elles sont pratiquement refroidies à leur sortie de la colonne. Le mode de réalisation de la figure 2 se distingue de celui de la figure 1 par le fait que le sas et ses moyens d'obturation sont remplacés par un distributeur rotatif 68 entraîné en rotation par les boulets mêmes. A cet effet, le distributeur en 68 comprend des pales 70 définissant entre elles des godets 72, les pales étant décalées par rapport à la direction radiale de sorte que lorsqu'un des godets se présente sous la trémie de chargement 16, l'une de ses pales soit verticale et sensiblement dans le prolongement de la paroi de la trémie. De cette manière, c'est la charge de boulets tombant sur l'autre Pale du godet qui met en rotation le distributeur. -7- REVENDICATIONS 1.- Préchauffeur pour matière vitrifiable agglomérée, par exemple sous forme de boulets, à introduire dans un four de fusion de verre, du type constitué par une colonne calorifugée dans laquelle les boulets descendent en charge par gravité pour alimenter le four, tandis que des fumées chaudes, provenant du four, y circulent à contre-courant, de bas en haut, et sont aspirées par un ventilateur placé à la partie haute de la colonnecaractérisé en ce qu'à l'intérieur de la colonne est monté un élément dièdre dont l'arête est disposée horizontalement dans un plan vertical de symétrie de la colonne et est tournée vers le sommet de la colonne, ledit élément dièdre définissant ainsi avec la paroi du préchauffeur et avec les talus d'éboulement de boulets qui se forment sous ledit élément dièdre, une chambre de mélange raccordée à un régénérateur ou un récupérateur des fumées chaudes du four de fusion. 2.- Préchauffeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite colonne présente une chambre centrale de section renflée, dans laquelle est monté ledit élément dièdre. 3.- Préchauffeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les faces de l'élément dièdre sont mobiles autour de son arête de manière à régler et homogénéiser le débit des boulets dans la section de la colonne. 4.- Préchauffeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre centrale a une section transver- sale rectangulaire. 5.- Préchauffeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite chambre centrale a une section transver- sale en forme de deux demi-cercles accolés aux extrémités d'un rectangle. 6.- Préchauffeur selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la colonne s'ouvre au-dessus d'un dispositif de transfert qui alimente le four de fusion de verre et est obturée par - 8 - un extracteur à volets oscillants, dont l'amplitude et la fréquence des oscillations sont asservies au niveau du four à alimenter. 7.- Préchauffeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au sommet de ladite colonne est formé un sas dans lequel les boulets sont mis en réserve, des moyens de détection et de commande étant prévus pour commander la fermeture du sas dès que le sommet du talus de boulets dans la colonne dépasse un premier niveau prédéterminé, et son ouverture dès que ledit sommet descend en dessous d'un second niveau prédé- terminé inférieur au premier niveau. 8.- Préchauffeur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans le sommet de la colonne est monté un distributeur rotatif pourvu de pales latérales définissant entre elles des godets, lesdites pales étant orientées différemment de la direction radiale de façon que lorsqu'un godet se présente sous la trémie de charge- ment, l'une de ses pales soit verticale et sensiblement dans le prolongement de la paroi de la trémie. 9.- Préchauffeur selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le dispositif de transfert est un convoyeur vibrant. 10.- Préchauffeur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de transfert comporte un tube tournant chauffé, susceptible de porter les boulets à un niveau de température correspondant aux réactions de décarbonatation des matières vitrifiables. 11.- Préchauffeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression des fumées chaudes au niveau des ouvertures débouchant sous le dièdre est au moins égale à la pression atmosphérique.