Brevet FR2484610A1 — publié le 19811218

- 1 - Procédé pour l'obtention d'un mélange de gaz et d'air et four à gaz pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention concerne, d'une part, un procé- dé permettant d'obtenir un mélange de gaz et d'air approprié à des brûleurs de fours industriels, en particulier de fours de réchauffage rapide au gaz, et dans lequel l'air de combustion est d'abord préchauffé dans un échangeur de cha- leur au-moyen des gaz d'échappement chauds du four pour être ensuite amené aux braleurs. D'autre part, l'invention a trait à un four à gaz pour la mise en oeuvre du procédé. Le gaz est un combustible idéal puisqu'il permet de se dispenser du processus de gazéification endothermique né- cessaire à la combustion. Une marche optimale est possible lorsque la chauffe peut être conduite approximativement avec la quantité d'air théoriquement nécessaire, ce qui est réalisable notamment si le combustible gazeux se mélange bien avec l'air de combustion. Un inconvénient réside en ce quedans différents procédés de combustion de gazles gaz d'échappement produits lors de la combustion du mélange de gaz et d'air sont envoyés dans l'atmosphère en restant plus ou moins inutilisés. La chaleur contenue dans les gaz d'échappement de fours chauffés au gaz dépend avant tout de la température des gaz d'échappement. Des fours dopt les gaz d'échappement sont à température élevée présentent, en conséquence, de fortes pertes en matière de gaz d'échappement et des rende- ments thermiques faibles. Afin d'améliorer le rendement éco- nomique, la chaleur contenue dans les gaz d'échappement est utilisée en partie pour préchauffer du gaz de combustion ou de l'air. A cet égard on préchauffe généralement le fluide quipour une température de préchauffage donnéecontient le plus de chaleur. Ce fluide est en général l'air de combus- tion. Le préchauffage de l'air de combustion a en outre pour avantage que l'échangeur de chaleur n'a pas besoin d'être parfaitement étanche, comme c'est le cas pour un préchauffage éventuel de gaz. En ce qui concerne le préchauffage de l'air de com- bustion.il est connu (demande de brevet allemand mise à l'inspection publique n0 1 905 489) d'utiliser des récupé- rateurs en briques ou en acier afin de préchauffer ainsi l'air de combustion à environ 1 00000 au moyen des gaz-d'é- chappement du four. Ce préchauffage de l'air de combustion permet d'accroître le rendement du four considérablement. Si, toutefois, le four est équipé d'un certain nom- bre de brâleurs, le mode de construction permettant le pré-- chauffage de l'air et dans lequel les deux courants de flui- de ne se réunissent que dans le brûleur est très compliqué. - En particulier, il est difficile de produire dans tous les braleurs le même rapport de mélange entre l'air de combus- tion préchauffé et le combustible gazeux de sorte qu'il faut s'attendre à obtenir des caractéristiques de flamme différentes. En conséquence, la présente invention a pour but de permettre d'obtenirdans le cas de fours à gaz équipés de plusieurs braleurs, tant au cours du fonctionnement continu que lors de la mise en route, un rapport optimal entre l'air et le gaz pour tous les brûleurs, et de créer un four à gaz réglable en conséquence. Quant au procédé, ce but est atteint suivant l'in- vention par le fait que le combustible gazeux et l'air de combustion sont déjà mélangés l'un à l'autre avant d'être amenés aux brûleurs, le rapport de mélange étant réglé de manière continue en fonction de la température de préchauf- fage de l'air de combustion. Un tel procédé permet d'obtenir que tous les bra- leurs d'un four à gaz de ce genre soient alimentés à coup sûr avec le même combustible, c'est-à-dire le même mélange de gaz et d'air, de façon à assurer en même temps un effet de chauffage ou de combustion uniforme. Il en est également ainsi pour la phase de mise en route ou en cas de perturba- tions puisque le rapport de mélange est variable et peut chaque fois être choisi en fonction de la température de préchauffage de l'air de combustion. A cet égard il convient, dans le cadre de l'inven- tion, de surveiller en permanence la température du cou- rant d'air de combustion et de régler en conséquence la quantité de combustible gazeux et la vitesse d'écoulement des gaz d'échappement. Il est ainsi possible chaque fois d'établir rapidement des conditions de fonctionnement opti- males ou de procéder à une correction correspondante. Pour la mise en oeuvre du procédé.il est prévu un four à gaz, en particulier un four de réchauffage rapide au gaz,équipé d'un échangeur de chaleur, situé en amont et préchauffant l'air de combustion, et de plusieurs brûleurs qui sont alimentées par l'intermédiaire d'un conduit d'air de combustion, d'un conduit de combustible gazeux et de tuyaux de distribution. Dans ce four le conduit d'air de combustion muni de l'échangeur de chaleur et le conduit de combustible gazeux se réunissent, suivant l'invention, dans un mélan- geur monté devant les br&leurs et qui communique avec la tuyauterie de distribution. le fait que l'air de combustion et le combustible gazeux soient amenés séparément au mélan- geur permet de controler à tout moment la température de l'air de combustion et de faire varier en conséquence l'ap- port de combustible gazeux. Etant donné que le mélange de gaz et d'air quittant le mélangeur est dirigé en un seul courant pratiquement jusqu'aux différents brûleurs, on a la certitude que chaque brûleur reçoit effectivement le même combustible. Une grande sécurité de fonctionnement est avantageu- sement obtenue notamment lorsqu'au conduit d'air de combus- tion est associé un thermostat monté derrière l'échangeur de chaleur et par l'intermédiaire duquel peuvent être réglés tant un clapet d'étranglement monté dans le courant de gaz d'échappement qu'une valve d'arrêt prévue dans la branche s'étendant parallèlement au conduit de combustible gazeux. En cas de variations de la température de l'air de combus- tion le mélange optimal de gaz et d'air peut, dans un agen- cement de ce genre, être modifié par variation de l'amenée de combustible gazeux et, en influant sur la vitesse d'écoule- ment des gaz d'échappement, une correction peut alors en même temps être apportée à la température de l'air de combustion dans l'échangeur de chaleur, permettant ainsi de réduire la variation de la quantité de combustible gazeux amenée. Cela permet au four de fonctionner d'une manière économique. Un réglage exact de l'amenée de combustible gazeux est possible suivant l'invention si un étrangleur. est pré- vu dans chacune des branches parallèles du conduit de com- bustible gazeux. Ces étrangleurs sont avantageusement régla- bles manuellement puisque, grâce au procédé suivant l'inven- tion et à l'équipement régulateur proposé, une correction continuelle des étrangleurs n'est pas nécessaire. Afin d'assurer le mélange uniforme des deux courants de fluide dans le mélangeuril est prévu suivant l'invention de disposer en amont des étrangleurs et de la valve d'arrêt dans le conduit de combustible gazeux une valve égalisatrice de pression de gaz qui communique, par l'intermédiaire d'un conduit de rétroaction, avec le conduit d'air de combustion. La pression du combustible gazeux est continuellement adap- tée, en vertu d'un contrôle correspondant, aux conditions régnant dans le conduit d'air de combustion. Le conduit de combustible gazeux central est d'ailleurs également déjà sur- veillé et réglé en ce qui concerne sa pression. A cette fin il est prévu suivant l'invention pour le conduit de combus- tible gazeux un régulateur de pression monté devant la valve égalisatrice de pression de gaz. Par l'intermédiaire de cet équipement central une pression de départ uniforme se trouve préétablie, même en cas de raccordement de plusieurs fours à gaz de ce genre, de sorte que la régulation subséquente peut se faire beaucoup plus facilement mais aussi de façon plus précise. Il s'avère que dans le cas de courants de fluides ain- si préétablis et correctement maintenus le mélangeur est avantageusement constitué par une tubulure. Dans une telle tubulure les deux courants de fluides se réunissent unifor- mément et de façon appropriée de sorte que les deux fluides se mélangent d'une manière suffisamment intime. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation illustré au dessin an- nexé. La figure unique montre exclusivement plusieurs brû- leurs 2, 3t 4 et 5, reliés entre eux par une tuyauterie de distribution 6, du four de réchauffage rapide au gaz dési- gné dans son ensemble par 1. Les brtleurs 2, 3, 4 et 5 sont alimentés uniformément avec un mélange de gaz et d'air par l'intermédiaire de la tuyauterie de distribution 6. A cette finoil estmonté dans le conduit 8 véhiculant le courant de gaz d'échappement 7 du four de réchauffage rapide au gaz 1,un échangeur de chaleur 9 à travers lequel 15.:des quantités suffisantes d'air sont envoyées à l'aide d'un ventilateur 10. L'air épuré par l'intermédiaire d'un filtre Il dans le ventilateur 10 présente, en sortant de l'échan- geur de chaleur 9, par exemple une température de 3000C. La température de l'air passe ainsi de 20 à environ 3000 par exemple lorsque les gaz d'échappement présentent une tempé- rature d'environ 550 à 95000. L'air de combustion amené à l'échangeur de chaleur 9 par l'intermédiaire d'un tuyau 12 quitte l'échangeur de chaleur en passant par un conduit d'air de combustion 15 dans lequel est monté un clapet d'étranglement 16 suscepti- ble d'être réglé par l'intermédiaire d'un moteur 17. En cas d'ouverture du clapet d'étranglement 16,l'air de combustion arrive alors au mélangeur 20 en passant par un étrangleur 18. Dans le mélangeur 20 l'air de combustion et le combusti- ble gazeux se réunissent. Le combustible gazeux s'écoule par l'intermédiaire d'une vanne d'arrêt 22, d'un conduit de combustible gazeux 23 et d'un régulateur de pression 24 prévu dans le conduit 23 en direction d'une valve égalisatrice de pression de gaz 30, une dérivation 28 du conduit de combustible gazeux 23 pouvant au besoin être obturée au moyen d'une valve d'arrêt 26 équipée d'un moteur 27. La régularité de la pression dans le conduit de combustible gazeux 23 est continuelle- ment surveillée par un capteur de pression 25 associé au ré- gulateur de pression 24. A partir de la valve égalisatrice de pression de gaz le combustible gazeux est dirigé par l'intermédiaire d'un étrangleur 31 vers le mélangeur 20 qui est constitué par exemple par une tubulure. Dans le mélangeur 20 le cou- rant de combustible gazeux et le courant d'air de combus- tion se mélangent l'un à l'autre -de façon qu'un mélange de gaz et d'air présentant le rapport optimal puisse être ame- né par l'intermédiaire de la tuyauterie de distribution 6 aux braleurs 2, 3, 4 et 5. Parallèlement à la branche 34 du conduit de combusti- ble gazeux 23 munie de l'étrangleur 31 s'étend une seconde branche 38 comportant une valve d'arrêt 35 et un étrangleur 36. Alors que la valve d'arrêt 35 communique par l'intermé- diaire d'un conduit de commande 42 avec un thermostat 39, la valve égalisatrice de pression de gaz 30 communique par l'intermédiaire d'un conduit de rétroaction 37 avec le con- duit d'air de combustion 15 immédiatement en aval du clapet d'étranglement 16. Le thermostat 39 fournit les données de mesure qui sont nécessaires pour faire varier le réglage de la valve d'arrêt 35 et,,en même temps,le réglage d'un cla- pet d'étranglement 40 par l'intermédiaire d'un moteur 41. Lors de la mise en marche du four de réchauffage rapide au gaz. l de l'air est d'abord envoyé par le ventilateur 10 à travers l'échan- geur de chaleur 9, par l'intermédiaire du clapet d'étran- glement 16 et de l'étrangleur 18, tous deux ouverts, au mé- langeur 20. En même temps le combustible gazeux s'écoule à travers la vanne d'arrêt 22 ouverte, le conduit de combus- tible gazeux 23, le régulateur de pression 24, la valve d'arrêt 26, la valve égalisatrice de pression de gaz 30 et la valve d'arrêt réglable 35, ces trois valves étant ouver- tes, ainsi que par les étrangleurs 31 et 36 vers le mélan- geur 20. Dans celui-ci les deux fluides se mélangent inten- sivement, après quoi le mélange de gaz et d'air peut être amené aux brûleurs 2, 3, 4 et 5. A cet égard la pression de l'air de combustion dans le conduit 15 et la pression ré- gnant à la sortie de la valve égalisatrice de pression de gaz 30 sont égales. La quantité d'air de combustion à ames ner au mélangeur 20 est réglée par l'intermédiaire du cla- pet d'étranglement 16 et de l'étrangleur 180 La quantité de combustible gazeux, par contre, est déterminée au moyen des étrangleurs 31 et 36. Au cours de la phase de mise en route l'air de com- bustion est peu à peu chauffé de plus en plus dans l'échan- geur de chaleur 9 par les gaz d'échappement, ce qui fait varier le poids volumique de l'air de combustion. Afin de permettre de maintenir le rapport le plus favorable entre le combustible gazeux et l'air de combustion, la valve d'ar- rêt 35 est progressivement fermée par l'intermédiaire du. thermostat 39. Lorsque la température réglée sur le thexmos- tat 39 est atteinte, la valve d'arrêt 35 est en m8me temps fermée. Le combustible gazeux est a présent amene au mélan- geur 20 exclusivement par l'intermédiaire de la branche 34 du conduit de combustible gazeux 23, 38 et de l'étrangleur 31. REVENDICATIONS 1 - Procédé permettant d'obtenir un mélange de gaz et d'air approprié à des brûleurs de fours industriels, en particulier de fours de réchauffage rapide au gaz, et dans lequel l'air de combustion est d'abord préchauffé dans un échangeur de chaleur au moyen des gaz d'échappement chauds du four pour être ensuite amené aux brûleurs, caractérisé en ce que le combustible gazeux et l'air de combustion sont déjà mélangés l'un à l'autre avant d'être amenés aux brâ- leurs, le rapport de mélange étant réglé de manière conti- nue en fonction de la température de préchauffage de l'air de combustion. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du courant d'air de combustion est continuellement surveillée et en ce que la quantité de com- bustible gazeux et la vitesse d'écoulement des gaz d'échap- - pement sont réglées en fonction de cette température. 3 - Four à gaz,-en particulier four de réchauffage rapide au gaz, équipé d'un échangeur de chaleur, situé en amont et préchauffant l'air de combustion, et de plusieurs brûleurs qui sont alimentés par l'intermédiaire d'un con- duit d'air.de combustion, d'un conduit de combustible ga- zeux et de tuyaux de distribution-en vue de la mise en oeu- vre du procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le conduit d'air de combustion (15) équipé de l'échangeur de chaleur (9) et le conduit de combustible ga- zeux (23) se réunissent dans un mélangeur (20) monté devant les brUleurs (2, 3, 4, 5) et communiquant avec la tuyauterie de distribution (6). 4 - Four à gaz suivant la revendication 3, caractéri- sé en ce qu'au conduit d'air de combustion (15) est associé un thermostat (39) monté en aval de l'échangeur de chaleur (9) et par l'intermédiaire duquel tant un clapet d'étrangle- ment (40) mofité.dans le courant de gaz d'échappement (7) qu'une valve d'arrêt (35) prévue dans la branche (38) s'é- tendant parallèlement au conduit de combustible gazeux (23) peuvent être réglés. - Four à gaz suivant la revendication 3 ou 4, ca- ractérisé en ce que dans les branches parallèles (34, 38) du conduit de combustible gazeux (23) sont montés respecti- vement des étrangleurs (31, 36). 6 - Four à gaz suivant la revendication 5, caractéri- sé en ce que les étrangleurs (31, 36) sont réglables manu- ellement. 7 - Four à gaz suivant l'une quelconque des revendi- cations 3 à 5, caractérisé en ce que les étrangleurs (31, 36) et la valve d'arrêt (35) dans le conduit de combustible gazeux (23) sont précédés d'une valve égalisatrice de pres- sion de gaz (30) qui, par l'intermédiaire d'un conduit de rétroaction (37), communique avec le conduit d'air de coin- bustion (15). 8 - Four à gaz suivant la revendication 5, caracté- risé en ce que pour le conduit de combustible gazeux (23) est prévu un régulateur de pression (25) situé en amont de la valve égalisatrice de pression de gaz (30). 9 - Four à gaz suivant la revendication 3, caracté- risé en ce que le mélangeur (20) est une tubulure.