Brevet FR2476630A1 — publié le 19810828

L'invention concerne d'une manière générale le domaine de la fusion du verre, et plus particulièrement des perfectionnements apportés à l'alimentation en air de combustion des régénérateurs d'un four de fusion du verre du type à bassin à régénération. Ainsi qu'il est bien connu, le verre plat est produit dans un four de fusion du type à bassin continu, à l'extrémité de chargement duquel arrivent en continu dès matières premières qui sont fondues et affinées au fur et à mesure qu'elles progressent dans le four, et qui sont retirées sous la forme d'un ruban continu sortant de l'extrémité de déchargement. Dans des fours de ce type, la chaleur destinée à faire fondre les matières premières est produite par plusieurs brûleurs disposés le long de chacune des parois latérales longitudinales et opposées, ces brûleurs aboutissant à des sources d'alimentation en combustible et en air préchauffé de combustion. L'air de combustion est préchauffé par contact avec les briques réfractaires qui sont elles-mêmes chauffées par les gaz résiduels chauds ayant précédemment traversé l'empilage des régénérateurs opposés aux brûleurs en service. La direction du chauffage est inversée périodiquement, c'est- à-dire que les deux séries de brûleurs sont mises en oeuvre alternativement afin que la première série de brûleurs soit allumée et que la série opposée évacue les gaz résiduels chauds. Ensuite, à intervalles périodiques d'environ 20 à 30 minutes, le mode de fonctionnement des deux séries de brûleurs est inversé, c'est-à-dire que les brûleurs utilisés précédemment pour le chauffage servent comme brûleurs d'évacuation et que ceux qui évacuaient les gaz résiduels chauds, servent pour le chauffage. Habituellement, l'air de combustion est introduit à l'extrémité amont des régénérateurs, c'est-à- dire l'extrémité adjacente à l'extrémité de chargement du four, au moyen de tunnels s'étendant le long et au-dessous de la structure de l'empilage des régénérateurs. Il est apparu que, bien que les tunnels s'étendent sur toute la longueur des régénérateurs placés de chaque côté du four, en raison de -2476630 -2 leurs caractéristiques d'écoulement, l'évacuation des gaz chauds s'effectue principalement par l'extrémité amont des régénérateurs. Inversement, lorsque de l'air plus froid de combustion est introduit vers les régénérateurs, il est entraîné de manière prédominante vers l'extrémité aval. Par conséquent, il tend à se créer une différence de température et, par suite, un gradient de température s'établit à l'intérieur de l'empilage des régénérateurs, de sorte que la température de l'extrémité amont de l'empilage, c'est-à-dire à proximité du premier brûleur, est beaucoup plus haute que celle de l'extrémité aval. On pense que cette différence de température non seulement réduit le rendement thermique du four, mais également entraîne une détérioration prématurée des régénérateurs par suite de températures localisées anormalement élevées. En d'autres termes, en raison des températures localisées anormalement élevées et de la concentration de la chaleur accumulée dans des zones localisées, l'efficacité du préchauffage de l'air de combustion pendant le cycle de chauffage est réduite. L'invention concerne d'une manière générale un procédé et un appareil pour alimenter en air de combustion les deux extrémités des régénérateurs d'un four de fusion du verre. En particulier, une partie importante de l'air de combustion est dirigée vers l'extrémité aval des régénéra- teurs, alors qu'une partie moins importante est dirigée vers l'extrémité amont. A cet effet, un ventilateur dirigeant l'air de combustion vers les régénérateurs est relié par un système de gaines comportant des gaines d'embranchement qui aboutissent à chaque extrémité des régénérateurs. Un obturateur est placé dans chaque gaine d'embranchement reliée à l'extrémité aval des régénérateurs, et ces obturateurs sont commandés de manière alternée afin de diriger l'écoulement d'air de combustion vers l'extrémité aval du régénérateur situé sur le côté sur lequel le four de fusion est allumé à cet instant particulier. Un registre est placé dans la gaine d'embranchement reliée à l'extrémité amont des régénérateurs afin de régler la partie de l'air de combustion s'écoulant vers ces derniers. Cette disposition structurelle, tout en permettant à la plus grande partie des gaz chauds de combustion d'être éliminée de l'extrémité amont des régénérateurs et, par conséquent, tout en concentrant la chaleur dans cette zone, dirige une grande partie de l'air plus froid de combustion vers la même zone. Ainsi, au lieu de produire un effet cumulatif, cette disposition produit un effet d'équilibrage entraînant une meilleure utilisation de la chaleur dans les régénérateurs, ainsi qu'une égalisation de la température de ces régénérateurs. Par conséquent, la détérioration des régénérateurs à leur extrémité amont, sous l'effet des températures extrêmes, est réduite. L'invention a donc pour objet de diriger et de régler l'écoulement de l'air de combustion vers les deux extrémités des régénérateurs d'un four de fusion du verre à régénération, et elle a également pour objet de diriger une partie importante de l'air de combustion vers l'extrémité aval des régénérateurs tout en dirigeant une partie plus faible vers l'extrémité amont de ces derniers, afin d'égaliser les températures auxquelles ils sont soumis. L'invention a également pour objet un système d'alimentation en air de combustion qui comporte des obturateurs dont les mécanismes de commande sont intégrés au dispositif d'inver- sion du four afin que les obturateurs soient actionnés en même temps que ce dispositif d'inversion. L'invention concerne donc un procédé d'alimenta- tion en air de combustion des régénérateurs espacés sur chaque côté d'un four de fusion du verre à régénération, ce procédé étant destiné à accroître le rendement effectif -des régénérateurs. Ceux-ci sont du type comprenant des structurés allongées à briques d'empilage présentant des chambres -intermédiaires espacées au-dessus et au-dessous de ces structures et s'étendant le long de ces dernières, de manière que l'air de combustion arrivant soit dirigé vers la chambre. inférieure et s'élève à travers la structure à briques de l'empilage vers la chambre supérieure pendant le cycle de combustion du four. Le procédé consiste à introduire une partie importante de-l'air de combustion dans l'extrémité aval de la chambre inférieure du régénérateur fournissant * - 24-76630 l'air de combustion au four pendant le cycle de combustion, et à introduire une plus faible partie de l'air de combustion dans l'extrémité amont- de la chambre inférieure des régénéra- teurs de manière que les écoulements opposés tendent à équilibrer les températures de travail des régénérateurs sur toute leur longueur. L'invention concerne également un four de fusion du verre à régénération, du type comprenant un bassin qui présente une zone de fusion comportant plusieurs brûleurs opposés sur deux de ses côtés, chacun des brûleurs opposés étant relié à un régénérateur allongé qui est placé alterna- tivement en communication avec une source d'air de combustion pendant son cycle de combustion et avec un.carneau, ce four étant caractérisé par des moyens destinés à diriger une partie importante de l'air de combustion vers l'extrémité aval du régénérateur pendant son cycle de combustion, et par des moyens destinés à diriger une plus faible partie de l'air de combustion vers l'extrémité amont du régénérateur pendant ledit cycle de combustion. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique et partielle en plan, avec coupe partielle, de la zone de combustion du four de fusion du verre à régénération selon l'invention; la figure 2 est une-coupe partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 2-2 de la figure 1, montrant les gaines d'embranchement reliant le circuit d'air de combustion à l'extrémité aval des régénérateurs; - la figure 3 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrant l'un des régénérateurs; - la figure 4 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 4-4 de la figure 1, montrant l'arrivée de l'air de combustion et le mécanisme d'inversion à l'extrémité amont des régénéra- teurs; et - la figure 5 est une coupe longitudinale partielle, à échelle agrandie, suivant la ligne 5-5 de la figure 1, montrant le dispositif de réglage d'écoulement de l'air de combustion. Les figures, et plus particulièrement la figure 1, représentent une partie d'un four de fusion du verre à régénération, du type à bassin continu, indiqué globalement par la référence numérique 10 et conçu selon l'invention. D'une manière générale, le four de fusion du verre comprend un bassin longitudinal et couvert 11 et deux régénérateurs 12 et 13 s'étendant chacun sur un côté longitudinal du bassin 11. Le bassin 11 comporte des parois latérales opposées 14 et 15, une paroi extrême 16 et deux zones classiques 17 et 18 de distribution ou niches d'enfournement. Ainsi qu'il est bien connu, les matières premières, c'est-à- dire des compositions vitrifiables, du calcin ou des déchets de verre, sont introduites dans les niches d'enfournement 17 et 18 par des dispositifs de distribution (non représentés) et sont amenées à l'état fondu dans une zone de fusion de laquelle elles s'écoulent de manière à passer dans des zones d'affinage et de refroidissement, puis à sortir par l'extrémité opposée ou extrémité de sortie du four, confor- mément à l'une quelconque des techniques bien connues de façonnage du verre. La chaleur destinée à réduire à l'état de verre fondu la charge se trouvant dans la zone de fusion est produite par des moyens convenables, par exemple des becs (non représentés) qui projettent des flammes et des produits chauds de combustion dans deux séries de brûleurs 19 et 20 débouchant dans le bassin 11 de fusion, au-dessus du niveau du verre fondu s'écoulant dans ce dernier. Ainsi qu'il est commun aux fours de ce type, les brûleurs de chacune des séries 19 et,20 sont placés à certains intervalles les uns des autres le long des côtés 14 et 15, respectivement, du four, et le nombre de brûleurs utilisés est déterminé en fonction d'une capacité maximale et prédéterminée de fusion établie pour le four 10. Dans ce cas, chacune des séries formées le long des parois latérales 14 et 15 comporte six de ces brûleurs, les brûleurs des deux séries situés à l'extrémité amont, c'est-à-dire adjacents aux niches 17 et 18 d'enfournement, étant considérés comme les premiers brûleurs. Les autres brûleurs sont identifiés de la même manière comme étant les deuxièmes aux sixièmes brûleurs, successivement, en aval des niches d'enfournement. Comme montré sur les figures 1 et 3, chacun des régénérateurs 12 et 13 comprend un empilage 21 composé de plusieurs briques réfractaires espacées et entrecroisées 22, et contenu à l'intérieur d'une enceinte d'un seul bloc 23 destinée aux briques réfractaires. L'enceinte 23 comprend, en bref, un dessus ou toit 24, des parois latérales opposées 25 et 26, des parois extrêmes opposées 27 et 28 et un fond 29. La paroi extrême 27 située à l'extrémité amont des régénérateurs 12 et 13 est communément désignée par l'expression "cloison du compartiment de fusion", et la paroi extrême 28, située à l'extrémité aval des régénérateurs, est communément désignée par l'expression Ocloison du compartiment de travail". Pour que l'air de combustion et les gaz résiduels chauds passent dans les régénérateurs 12 et 13, chaque régénérateur comporte une chambre intermédiaire inférieure comprenant un tunnel ou canal longitudinal 30 et une chambre intermédiaire longitu- dinale supérieure 31. A cet effet, chaque empilage 21 repose sur plusieurs voûtes transversales 32 qui le supportent au- dessus du fond 29, et l'empilage de briques 22 s'arrête à une certaine distance au-dessous des brûleurs 19 et 20. Dans le cas d'une unité de fusion importante, une seule voûte 32 s'étendant sur toute la largeur de l'enceinte 23 peut être trop grande et, par conséquent, deux voûtes plus petites 32a et 32b (voir figure 2) peuvent être utilisées. Les extrémités intérieures de ces voûtes 32a et 32b reposent sur une paroi verticale 33 qui s'élève du fond et qui s'étend le long de l'axe longitudinal de l'enceinte 23. Les voûtes 32a et 32b, ainsi que le fond 29 et une partie de chacune des parois latérales 25 et 26, forment le tunnel 30 qui comprend deux chambres 30a et 30b situées au-dessous de l'empilage 21. Il convient cependant de noter qu'un tunnel à une seule chambre peut suffire s'il n'est pas nécessaire, pour des raisons de structure, de placer deux arches sur toute la largeur de l'enceinte 23 alors qu'une seule arche suffit. L'alimentation en air de combustion de chaque série de brûleurs 19 et 20 du four et l'évacuation des gaz résiduels de ces brûleurs s'effectuent par des canaux 34 (figure 1) débouchant dans la chambre intermédiaire supérieure 31, au-dessus de l'empilage 21. Comme montré sur les figures 1 et 4, les extrémités des tunnels 30 sortant des cloisons 27 du compar- timent de fusion se rejoignent dans un raccord 35 en Y comprenant un canal supérieur 36 d'air de combustion débouchant dans un orifice 37 d'admission de l'air de combustion, et un canal inférieur 38 de gaz d'évacuation débouchant dans une cheminée ou un carneau 39. Par conséquent, le tunnel 30 (constitué des chambres 30a et 30b) des régénérateurs 12 et 13 peut être relié alternativement à l'orifice 37 d'admission de l'air de combustion ou au carneau 39, par exemple au moyen d'un mécanisme inverseur classique de distribution, indiqué globalement par la référence numérique 40. Brièvement décrit, le mécanisme inverseur 40 de distribution comprend deux plaques 41 et 42 d'obturation, mobiles verticalement et élevées et abaissées alternative- ment par un mécanisme (non représenté) qui fait communiquer un tunnel avec le canal supérieur 36 d'air de combustion et l'autre tunnel avec le canal inférieur 38 d'évacuation. Le canal inférieur 38 d'évacuation, qui débouche dans le carneau 39, peut être équipé d'un registre 43 constitué d'une plaque mobile verticalement et permettant de régler le débit d'écou- lement des gaz d'évacuation vers le carneau 39. Selon l'invention et comme montré sur la figure 1, l'air de combustion est dirigé vers les extrémités opposées des régénérateurs 12 et 13 par un circuit de gaines perfectionnées, indiqué globalement par la référence numérique 44. Dans ce circuit 44 de gaines, l'air de combustion est aspiré- de l'atmosphère par un ventilateur 45 qui le refoule vers une tubulure 46. Cette dernière distribue l'air au moyen de gaines transversales 47 et 48 d'embranche- ment reliées aux cloisons 28 des compartiments de travail des régénérateurs 12 et 13, respectivement, et-vers une gaine 49 d'embranchement au moyen de laquelle l'air peut être dirigé vers l'orifice 37 d'admission d'air ménagé dans le mécanisme inverseur 40 de distribution relié aux cloisons 27 des compartiments de fusion des régénérateurs. Comme représenté sur la figure 2 et selon l'invention, chacune des gaines 47 et 48 d'embranchement comporte un registre papillon 50 mobile entre des positions d'ouverture complète et de fermeture sous l'action d'un mécanisme réversible classique de commande, par exemple un vérin 51 de commande. Chaque vérin 51 est, articulé sur un ancrage, par exemple une bride 52 ou 53 utilisée dans le circuit de gaines, et les tiges 54 des pistons de ces vérins sont reliées à des bras de manivelle 55 montés sur les extrémités - d'axes pivotants 56 portant les registres papillon 50. Des moyens classiques de commande (non représentés) sont prévus pour synchroniser l'action des vérins 51 avec celle du mécanisme inverseur 40 de distribution du four 10 afin que les registres papillons 50 fonctionnent en synchronisme approprié avec la combustion du four. De plus, selon l'invention et comme montré sur la figure 5, la gaine 49 d'embranchement comporte un registre papillon réglable 57 dont la position peut être établie pour répartir l'air de combustion s'écoulant par les gaines 47 ou 48 d'embranchement reliées aux cloisons 28 des compartiments de travail des régénérateurs 12 et 13 et par la gaine 49 reliée au mécanisme inverseur 40 de distribution qui est proche des cloisons 27 des compartiments de fusion des régénérateurs. Le registre 57 est monté sur un axe pivotant 58 et sa position peut être établie soit manuellement au moyen d'un levier 59 monté sur une extrémité de l'axe 58, comme -représenté, soit au moyen d'un élément classique de commande (non représenté). Ce dispositif perfectionné d'alimentation en air de combustion des régénérateurs 12 et 13 permet une réparti- tion entre les extrémités amont et aval de manière qu'une plus grande partie de l'air relativement froid de combustion soit dirigée vers les zones normalement plus chaudes des empilages et qu'une plus petite partie soit dirigée vers les zones plus froides de ces empilages. Ceci tend à égaliser la température du réfractaire dans toute couche donnée, sur toute la longueur des empilages. Il est apparu, par exemple, qu'en dirigeant environ 75 % de l'air froid de combustion vers l'extrémité aval et environ 25 % vers l'extrémité amont des régénérateurs d'uni four classique à six br leurs, la variation des températures sur toute la longueur des empilages 21 est très inférieure à celle qui se produit lorsque la totalité de l'air est dirigée vers une seule extrémité. En particulier, -en dirigeant de cette manière l'air de combustion vers les régénérateurs 12 et 13, les températures apparaissant dans la partie inférieure des empilages des premier au quatrième br leurs sont diminuées, alors que la température de la partie inférieure de l'empilage proche du sixième br leur est élevée. Par conséquent, les températures des empilages 21 sont maintenues à des valeurs plus uniformes sur toute la longueur des régénérateurs, ce qui accroît le rendement effectif du four et augmente la durée de vie utile des régénérateurs. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au four décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation -en air de combustion des régénérateurs espacés sur chaque côté d'un four de fusion du verre à régénération afin d'accroître le rendement effectif de ce four, les régénérateurs étant du type comportant des empilages de briques allongés et des chambres intermédiaires espacées au-dessus et au-dessous et s'étendant le long de ces empilages, de manière que l'air de combustion arrivant soit dirigé vers la chambre intermédiaire inférieure et s'élève à travers les empilages vers la chambre intermédiaire supérieure pendant le cycle de combustion du four, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à introduire une partie importante de l'air de combustion dans l'extrémité aval de la chambre intermédiaire inférieure du régénérateur fournissant l'air de combustion au four pendant le cycle de combustion, et introduire une: partie moins importante de l'air de combustion dans l'extrémité amont de la chambre intermédiaire inférieure du'régénérateur afin que les courants opposés tendent à égaliser les températures de travail du régénérateur sur toute sa longueur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de l'air de combustion introduite dans l'extrémité aval des régénérateurs est d'environ 75 % et la partie de l'air de combustion dirigée vers l'extrémité amont des régénérateurs est d'environ 25 %. 3. Four de fusion du verre à régénération, du type comprenant un bassin (11) qui présente une zone de fusion comportant plusieurs brûleurs opposés (19, 20) sur chacun de ses deux côtés, chacun de ces brûleurs opposés étant relié à un régénérateur allongé (12 ou 13) qui est placé alternativement en communication avec une source d'air de combustion pendant son cycle de combustion, et avec un carneau (39), le four étant caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné- à diriger une partie importante de- l'air de combustion vers l'extrémité aval du régénérateur pendant son cycle de combustion, et un dispositif destiné à diriger une partie moins importante de l'air de combustion vers l'extrémité amont dudit régénérateur pendant le-cycle de- combustmion 4. Four de fusion du verre selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif destiné à diriger une partie importante de l'air de combustion vers le régénérateur comprend une tubulure (46) reliée à ladite source d'air de combustion, une gaine (47 ou 48) montée entre la tubulure et l'extrémité aval de chacun des régénérateurs, et un élément (50) d'obturation monté dans chaque gaine et pouvant être déplacé alternativement et périodiquement entre des positions d'ouverture et de fermeture. 5. Four de fusion du verre selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le dispositif destiné à diriger une partie moins importante de l'air de combustion vers l'extrémité amont des régénérateurs comprend un distributeur inverseur (40) qui présente une arrivée (37) d'air de combustion, une gaine (49) faisant communiquer la tubulure et l'arrivée d'air de combustion, et un registre réglable (57) monté dans cette gaine afin de répartir la quantité d'air de combustion s'écoulant vers l'arrivée d'air dudit distributeur inverseur et vers ladite gaine alors que ledit élément d'obturation est en position d'ouverture. 6. Four de fusion du verre selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à diriger l'air de combustion vers les extrémités aval des régénérateurs et à faire passer périodiquement cet air de combustion d'une extrémité aval à l'autre, ainsi qu'un dispositif destiné a répartir l'alimentation en air de combustion entre les extrémités amont des régénérateurs. 7. Four de fusion du verre selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation en air de combustion des extrémités aval des régénérateurs comprend des gaines (47 et 48) montées entre ladite source d'air de combustion et les extrémités aval des régénérateurs, le dispositif destiné à faire passer l'air d'une extrémité aval à l'autre comprenant des registres papillons (50) montés dans lesdites gaines et pouvant être placé alternativement dans des positions d'ouverture et de fermeture. 8. Four de fusion du verre selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation en air de combustion des extrémités amont des régénérateurs comprend une gaine d'air de combustion avec les extrémités amont des régénéra- teurs, ledit dispositif de répartition de l'alimentation en air de combustion comprenant un registre papillon (57) monté dans ladite gaine (49) de liaison et dont la position peut être réglée à l'intérieur de cette gaine.