Brevet FR2573183A1 — publié le 19860516

La présente invention a pour objet un générateur d'air chaud pouvant aussi bien etre employé dans des installations de-cimenterie pour le broyage du cru par exemple, que dans des installations de briqueterie pour le séchage des produits avant leur cuisson, que pour le chauffage de locaux, le séchage de produits agricoles ou autres. Les appareils générateurs d'air chaud couramment employés comportent des brûleurs placés dans une enceinte, ces brûleurs fonctionnant au fuel ou au gaz de pétrole, mais l'élévation du prix de ces produits a nécessité l'adaptation de ces brûleurs au charbon, ce qui a été obtenu en pulvérisant le charbon et en le transportant jusqu'au brûleur au moyen d'un flux d'air. On a ainsi réalise des générateurs d'air chaud comportant une enceinte cylindrique, à axe horizontal, dont une des parois d'extrémité comporte en son centre un brûleur lequel est muni d'une tubulure d'arrivée de fuel placée au centre d'une canalisation de plus grand diamètre dans laquelle arrive le mélange de combustible pulvérisé et d'air transportant ce combustible. Il s'avère cependant que les brûleurs actuellement en service ne permettent pas d'employer des combustibles pulvérulents difficiles à enflammer et de combustion lente. Dans le cas particulier du coke de pétrole, il faut en effet porter les particules solides jusqu' à une température d'environ 1.200 pour obtenir une bonne inflammation. Dans la demande de brevet n" 84/10953 déposée le 10 juillet 1984 par le même demandeur, on a décrit un générateur d'air chaud constitué par une enceinte à axe vertical alimenté par trois flux d'air : un premier flux servant à la combustion, les deux autres servant à la dilution cette disposition permettant d'obtenir autour de la flamme des températures de l'ordre de 1.800 susceptibles de provoquer l'inflammation des particules les plus difficiles à enflammer. Cette disposition très avantageuse permet d'utiliser des charbons très maigres et riches en cendres, mais elle présente l'inconvénient d'être onéreuse ; d'autre part elle ne convient qu'aux générateurs d'air chaud à axe vertical . La présente invention a pour objet une disposition, destinée aux enceintes à axe horizontal, qui est d'une mise en oeuvre plus simple et qui présente l'avantage de pouvoir être adaptable à pratiquement tous les générateurs d'air chaud actuellement en service. Le générateur d'air chaud selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il est muni intérieurement et coaxialement d'une chambre de combustion dans laquelle débouchent à la fois le flux de combustible et d'air de transport et un premier flux d'air de dilution ; ladite chambre de combustion étant d'un diamètre inférieur au diamètre de l'enceinte dans laquelle il est placé de façon à ménager autour de ladite chambre de combustion un espace annulaire dans lequel est admis un deuxième flux d'air de dilution ; le débit d'air de transport étant fixe, le débit du premier flux d'air de dilution étant régulé en fonction de la composition du mélange air/combustible pour maintenir dans la chambre de combustion une température déterminée T1 et le débit du deuxième flux d'air de dilution étant régulé en fonction de cette température T1 pour maintenir à l'extrémité de l'enceinte une température déterminée T2. La température T2 est, en général de l'ordre de 750" et la température T1 est comprise entre 750" et 1.3000 ce qui signifie que le débit du deuxième flux de dilution peut être nul lorsque T1 est égal à 7500 et maximum lorsque T1 est égal à 1.3000. A titre d'exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté aux dessins annexés Figure 1 une vue en élévation latérale, en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation Figure 2 une vue en plan avec coupe partielle du dispositif de la figure 1 Figure 3 une coupe selon A-A de la figure 1. En se reportant à ces figures, on voit que le générateur d'air chaud selon la présente invention comporte une enceinte 1 cylindrique, à axe horizontal qui débouche par un conduit 2 dans un collecteur 3. L'enceinte 1, le conduit 2 et le collecteur 3 ont des parois internes recouvertes de briquets réfractaires. La face antérieure de l'enceinte 1, opposee au conduit de jonction 2, est circulaire et comporte en son centre un brûleur, désigné par la référence générale 4. Ce brûleur 4 est constitué par une canalisation tubulaire centrale 5 par laquelle arrive soit un combustible liquide soit un gaz de petrole, cette canalisation centrale 5 étant entourée par une pluralité de canalisations 6 qui sont disposées le long d'un cercle concentrique à ladite canalisation centrale 5. Par les canalisations 6 arrive un mélange d'air et de combustible solide pulvérulent, l'air servant de fluide de transport pour les particules solides de combustible. La canalisation 5 et les canalisations 6 débouchent dans le col 7 d'un venturi 8. Ledit venturi 8 débouche par son orifice 8a dans une chambre de combustion 9 ; tandis que par son autre orifice 8b, il communique avec un caisson 10 relié à un ventilateur 11 efltralné par un moteur 12.Entre le caisson 10 et l'orifice 8b sont disposées une pluralité d'ailettes 13, destinées à imprimer un mouvement tourbillonnaire au flux d'air arrivant par le caisson 10, ce flux d'air constituant un premier flux d'air de dilution. A l'intérieur de l'enceinte 1 et coaxialement à celleci est disposée une chambre de combustion 9. Cette chambre de combustion est cylindrique, a un diamètre inférieur à celui de la paroi intérieure de ladite enceinte ; de sorte qu'il existe un espace annulaire 14 autour de la chambre de combustion 9. La paroi externe de la chambre de combustion 9 est en acier réfractaire et sa paroi interne est recouverte de briques réfractaires.Cette chambre de combustion 9 est suspendue à l'intérieur de l'enceinte 1 par l'intermédiaire d'une pluralité de tirants 15. De préférence, comme cela est représenté, les tirants 15 sont disposés par paires,chaque paire de tirants 15 étant fixé à un cadre incurvé 16 qui épouse une portion du contour de la paroi supérieure de la chambre de combustion 9. Chaque tirant 15 est muni d'une extrémité filetée sur laquelle s'engage un écrou 17, les deux écrous 17 d'une même paire de tirants 15 reposant sur une plaque horizontale 18 solidaire de la paroi extérieure de l'enceinte 1 ; ladite plaque 18 étant percée de trous traversés à jeu par les tirants 15. En-dessous de la chambre de combustion 9 sont disposés des berceaux 19 en matière réfractaire, chaque berceau 19 correspondant à une paire de tirants 15. Dans l'exemple représenté, il y a deux paires de tirants 15 et donc deux berceaux 19. Les écrous 17 sont vissés surales tirants 15 de telle sorte que la chambre de combustion 9 repose à peine sur lesdits berceaux 19 lorsque le brûleur 4 n'est pas en fonctionnement, les différents composants étant froids; la plus grande partie du poids de la chambre de combustion 9 est alors supportée par les tirants 15. Chaque berceau 19 comporte une partie centrale évidée 20 ; de sorte que la chambre de combustion repose sur deux portées symétriques 21. De préférence, comme cela est représenté à la figure 3, chaque portée 21 étend sur 30 et I'evidement central s'étend sur 300 de sorte que le berceau 19 s'étend sur 90". L'extrémité de la chambre de combustion 9 située du coté du brûleur est plaquée contre la paroi interne de la face antérieure de l'enceinte 1 et n'y est pas fixée. L'autre extrémité de la chambre de combustion 9 est entourée par un anneau 26 de sorte qu'entre cet anneau 26 et la paroi externe de la chambre de combustion 9 se trouve un passage annulaire 27 dont la section est plus petite que celle de la chambre annulaire 14. Le caisson 1Q, par lequel arrive le premier flux d'air de dilution est lui-même entouré par un caisson circulaire 22 relié à un ventilateur 23 entraîné par un moteur 24. Ce caisson 10 communique avec la chambre annulaire 14, entourant la chambre de combustion 9 par une pluralité d'orifices 25. Le fonctionnement du dispositif ainsi décrit est le suivant Par la canalisation centrale arrive du combustible facilement inflammable tel par exemple que du fuel. Par les tuyères 6 arrive du combustible solide pulvérulent, transporté par un flux d'air qui est à débit constant. Ce mélange air + combustible pulvérulent et fuel brûle et la flamme est confinée à l'intérieur de la chambre de combustion 9. Un premier flux d'air de dilution est envoyé par le ventilateur 11, le caisson 10 et le venturi 8 dans la chambre de combustion, cet air se mélangeant à la flamme. Le débit de ce premier flux de dilution est déterminé de façon à maintenir à l'intérieur de la chambre de combustion une température T1 suffisamment élevée pour que la totalité des particules de combustible solide soient enflammées. Ainsi, si le combustible pulvérulent est constitué de coke de pétrole, le débit d'air arrivant par le caisson 10 est diminué au maximum afin que la température à l'intérieur de la chambre de combustion soit de l'ordre de 1.200 à 1.3000, cette température très élevée assurant une inflammation complète des particules de coke de pétrole. Si le combustible solide employé s'enflamme à des températures plus basses, par exemple 9000, le débit d'air arrivant dans la chambre de combustion est augmenté. On détermine en fonction de la nature du combustible employé la proportion d'air arrivant par le caisson par rapport à la proportion d'air véhiculant le produit combustible de façon à obtenir la température T1 souhaitée et ensuite ces proportions sont maintenues constantes par une régulation appropriée. Par les orifices 25 arrive dans la chambre annulaire 14 le deuxième débit d'air de dilution. Ce débit est ajusté de façon à maintenir dans la zone 28 de jonction entre l'en- ceinte 1 et la canalisation 2 une température T2 déterminée en fonction de l'usage de l'air chaud produit par le générateur d'air chaud.Si par exemple cet air chaud est destiné à alimenter un broyeur de produit cru pour cimenterie cette température T2 doit être de 750". On dispose donc dans la zone 28 des détecteurs thermiques qui régulent le moteur 24 pour cette température à 750". Ainsi par exemple, si le combustible employé est du coke de pétrole à haute température d'inflammation, le débit d'air venant du ventilateur 11 est réduit de façon que la température dans la chambre de combustion soit à son maximum, c'est-à-dire de l'ordre de 1.300" ; dans ce cas le débit d'air provenant du ventilateur 23 sera réglé pour abaisser cette température à 750" dans la zone 28. Si par contre, on emploie un combustible solide qui s'enflamme à une température de l'ordre de 750 , le débit d'air provenant du ventilateur 11 sera augmenté en conséquence et de débit d'air provenant du ventilateur 23 sera pratiquement nul. Ainsi, la nature du combustible solide détermine le débit du premier flux de dilution, tandis que la température T1 régnant dans la chambre de combustion détermine le débit du deuxième flux de dilution afin d'obtenir la température finale T2 désirée. Le deuxième flux de dilution sert également à refroidir la paroi extérieure de la chambre de combustion 9. Or comme on l'a vu,plus la température T1 dans cette chambre de combustion est élevée, plus le deuxième débit d'air de dilution est élevé et donc plus la paroi externe de la chambre de combustion 9 est ventilée, ce qui est nécessaire pour permettre à ladite chambre de combustion de résister à des températures élevées. On obtient donc à la fois un maintien de la température T2 et une protection de la chambre de combustion. L'expérience ayant montré que c'est la bouche de la chambre de combustion qui subit les plus fortes élévations de température, l'étranglement 27 a pour effet de provoquer une augmentation de la vitesse d'écoulement de l'air du deuxième flux de dilution et un meilleur refroidissement de la bouche de la chambre de combustion. La chambre de combustion n'étant pas fixée à la face antérieure de l'enceinte 1 peut se dilater sans provoquer de rupture. Le fait qu'elle soit pendue par des tirants à sa partie supérieure et repose sur des berceaux 19 (euxmêmes ventilés) à sa partie inférieure évite des déformations trop importantes de la chambre sous l'effet de la chaleur. Il peut arriver sous l'effet de la chaleur que la chambre de combustion 9 repose entièrement sur les berceaux 19, les tirants 15 étant alors soulevés et les écrous 17 ne reposant plus sur la plaque 18.Les tirants 15 ne travaillant qu'en tension peuvent éventuellement être remplacés par des chaînes ou tout autre système permettant des dilatations différentielles entre l'enceinte 1 et la chambre 9 La chambre de combustion 9 est suffisamment longue pour que toutes les particules de combustible solide aient le temps d'être enflammées et suffisamment courte pour que les cendres n1 aient pas le temps de fondre et puissent être refroidies par le deuxième air de dilution. Par exemple, si l'enceinte a 6 mètres de long et un diamètre interne de 2,80m,la chambre 9 a 2,70m de long et un diamètre externe de 2,00 mètres. Les dispositions ainsi décrites permettent d'adapter le générateur d'air chaud à la fois à toutes-les sortes de combustibles solides puisque leurs températures d'inflammation sont comprises entre 750" et 1.3000 et à toutes les utilisations possibles puisque la température finale est déterminée par le débit du deuxième flux d'air de dilution. D'autre part, la chambre de combustion étant simplement suspendue dans l'enceinte 1, on peut modifier toutes les installations actuellement en service de façon simple et donc peu onéreuse. Dans le brûleur ainsi décrit, on maintient toujours une alimentation en combustible riche par la canalisation centrale 5, mais la consommation en de tels combustibles qui sont chers peut être réduite jusqutà environ 10%, les 90% du pouvoir calorifique étant fournis par des combus tibles solides en poudre beaucoup moins onéreux. REVENDICATIONS 1. Générateur d'air chaud du type comportant une enceinte cylindrique, à axe horizontal, munie à sa face antérieure d'un brûleur axial alimenté en fuel ou en gaz d'hydrocarbures, caractérise par le fait qutil comporte unbrûleur (4) muni de moyens d'alimentation en combustible solide (6) disposés autour de l'alimentation en combustible liquide ou gazeux (5), ce brûleur (4) débouchant dans une chambre de combustion cylindrique (9) placée à l'intérieur de l'enceinte (1) du générateur d'air chaud par un orifice (8) dans lequel arrive également un premier flux d'air de dilution ; ladite chambre de combustion (9) étant entourée par une chambre annulaire (14) dans laquelle arrive un deuxième flux d'air de dilution. 2. Générateur d'air chaud selon la revendication 1, dans lequel le débit d'air servant au transport des particules de combustible solide est fixe, le débit du premier flux d'air de dilution étant déterminé en fonction de la nature dudit combustible solide pour maintenir à l'intérieur de la chambre de combustion (9) une température T1 assurant l'inflammation complète des particules de combustible solide, le débit du deuxième flux d'air de dilution étant déterminé en fonction de la température T1 pour maintenir à la sortie (28) de l'enceinte- (1) la température T2 nécessaire à l'utilisation de l'air chaud ainsi produit. 3.- Générateur d1air chaud selon la revendication 2, dans lequel la chambre de combustion (9) comporte des détecteurs thermiques pilotant le moteur (12) du ventilateur (11) produisant le premier flux d'air de dilution afin de maintenir constante la-température T1, déterminée en fonction du point d'inflammation du combustible solide employé ; l'extrémité (28) de l'enceinte (1) comportant des détecteurs thermiques pilotant le moteur (24) du ventilateur (23) produisant le deuxième flux d'air de dilution afin de maintenir constante la température T2, déterminée en fonction de l'utilisation ultérieure de l'air chaud produit-. 4. Générateur d'air chaud selon lune quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le brûleur (4) débouche dans un venturi (8) dont l'orifice d'entrée (8b) communique avec. un caisson (10) relié à un ventilateur (11). 5. Générateur d'air chaud selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la chambre annulaire (14) entourant la chambre de combustion (9) communique par une pluralité d'orifices (25) avec un caisson circulaire (22) relié à un ventilateur (23). 6. Générateur d'air chaud selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la chambre de combustion (9) est suspendue à l'intérieur de l'enceinte (1) par des tirants (15) travaillant uniquement en traction de façon à être coaxiale avec le brûleur (4). 7. Générateur d'air chaud selon la revendication 6, dans lequel la chambre de combustion repose, au moins partiellement, sur des berceaux (19) placés au-dessous d'elle, à l'intérieur de l'enceinte (1). 8. Générateur d'air chaud selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel les tirants (15) sont disposés par paires, chaque paire de tirants (15) étant fixé à un cadre incurvé (16) fixé le long d'une portion de la paroi supérieure de la chambre de combustion (9) les tirants (15) traversant une plaque de support (18) solidaire de la paroi externe de l'enceinte et étant munis d'écrous (17) reposant sur cette plaque. 9. Générateur d'air chaud selon l'une des revendications 6 ou 7, dans lequel les tirants (15) sont des chatnes. 10. Générateur d'air chaud selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel à chaque paire de tirants (15) correspond un berceau (19). 11. Générateur d'air chaud selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la chambre annulaire (14) entourant la chambre de combustion (9) comporte unétranglement (27) au niveau de la bouche de la chambre de combustion (9).