Brevet FR2973866A1 — publié le 20121012

L'invention concerne une installation de séchage et trouvera une application particulière, non limitative, pour sécher une bande de matière, par exemple le papier dans une installation de production de papier. Le domaine de l'invention est celui des installations de séchage comportant des dispositifs de rayonnements infrarouges comportant des surfaces chaudes, telles que des plaquettes céramiques, des surfaces métalliques réfractaires, associées à des brûleurs, usuellement dénommés brûleurs radiants infrarouges. Les plaquettes sont appelées « éléments radiants » dans le reste de la demande. Dans ces dispositifs, la combustion d'un gaz ou de pétrole permet de porter à haute température les éléments radiants qui émettent alors des rayonnements infrarouges. D'un point de vue énergétique, 40% à 50% de l'énergie de la combustion est transformé en rayonnements infrarouges, le reste de l'énergie étant majoritairement sous forme de gaz de combustion chauds. De tels dispositifs sont décrits dans les documents FR-2.587.787, WO-0042356, EP-026.063 et FR-2.683.022 et sont utilisés pour sécher des matériaux défilant en bande, à basse température, comme le papier, le tissu et l'acier par exemple. Ces dispositifs infrarouges permettent de sécher ou de réaliser un traitement thermique sans contact avec la bande de matière. Dans les installations de traitement thermique, les éléments radiants infrarouges sont agencés selon un ensemble, les uns à côté des autres, de manière fixe, pour former une surface radiante placée parallèlement au produit à traiter. Cet ensemble d'éléments radiants est usuellement dénommé voûte radiante. Le produit en bande défile de manière continue le long et face à cette surface radiante. Les gaz chauds issus de la combustion du carburant sont dilués avec l'air ambiant, puis sont collectés au moyen d'un système d'extraction comprenant des hottes d'aspiration, puis rejetés à l'extérieur des bâtiments. De telles installations sont décrites dans les documents EP-1.721.109, EP-0.489.720, FR-2.771.161 et FR-2.758.575. L'efficacité du transfert thermique est inférieure à 50% et le plus souvent comprise entre 25% et 40% suivant les conditions opératoires du produit séché. Une grande partie de l'énergie fournie à l'installation est extraite et disponible sous forme d'importants volumes de gaz chauds dont la température peut excéder 300°C. Cette énergie est rejetée dans l'atmosphère et est donc perdue. Une des applications des dispositifs à rayonnements infrarouges est le séchage de papier, sans contact. Classiquement, la majorité du séchage de la bande papier est ensuite réalisée sur des cylindres chauffants, rotatifs, chauffés en vapeur saturée au moyen d'un système condensat/vapeur de l'installation. De telles installations de séchage, avec cylindres chauffants, sont décrites dans le document EP-0.530.164 et EP-1.918.452. Le but de la présente invention est de proposer une installation de séchage comprenant un système de rayonnements infrarouges présentant au moins un élément radiant associé à un brûleur, de rendement énergétique amélioré par rapport aux installations de séchage de l'état de la technique. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Aussi l'invention concerne une installation de séchage, comprenant : - un système de rayonnements infrarouges présentant au moins un ensemble éléments radiants, lesdits éléments radiants de l'ensemble étant associés à un ou plusieurs brûleurs, aptes à porter à haute température lesdits éléments radiants, - des moyens d'extraction de gaz agencés pour l'extraction des gaz chauds produits par le système de rayonnements infrarouges, Selon l'invention, ladite installation comprend des moyens de génération de vapeur comprenant au moins un échangeur thermique sur le circuit desdits moyens d'extraction de gaz afin de récupérer la chaleur contenue dans les gaz chauds, le primaire dudit au moins un échangeur thermique étant alimenté en gaz chauds collectés par lesdits moyens d'extraction, le secondaire dudit échangeur étant traversé par un fluide à vaporiser. Selon des caractéristiques optionnelles prises seules ou en 5 combinaison : - lesdits moyens de génération de vapeur comprennent un ballon-séparateur contenant un condensat et de la vapeur, au moins une pompe et une conduite permettant la circulation du condensat depuis ledit ballon-séparateur jusqu'au secondaire dudit au moins un échangeur 10 thermique, au moins une conduite de retour permettant le retour du condensat surchauffé jusqu'au ballon-séparateur, ledit ballon-séparateur étant équipé d'une sortie vapeur ; - lesdits moyens de génération de vapeur comprennent des moyens pour maintenir ledit ballon-séparateur sous pression contrôlée 15 comprenant une sonde de pression et une vanne automatique sur ladite sortie vapeur; - lesdits moyens de génération de vapeur comprennent des moyens de régulation de débit dans ledit au moins un échangeur thermique, présentant au moins un capteur et une vanne automatique placés sur ladite au 20 moins une conduite de retour ; - les moyens de génération de vapeur comprennent des moyens de maintien de niveau de condensat dans le ballon-séparateur, comprenant un dispositif de mesure pour la détermination de niveau de condensat dans ledit ballon-séparateur et un dispositif d'appoint comprenant 25 une pompe et une vanne automatique, aptes à alimenter ledit ballon-séparateur en condensat. Selon un mode de réalisation, ledit échangeur thermique est un générateur de vapeur. Selon un mode de réalisation, ledit au moins un échangeur 30 thermique est choisi parmi : - échangeur tubulaire à parois lisses, échangeur tubulaire à ailettes, - échangeur à plaques. Selon un mode de réalisation de ladite installation : - ledit système de rayonnements infrarouges présente une pluralité d'ensembles d'éléments radiants, - lesdits moyens d'extraction de gaz comprennent, pour chaque ensemble d'éléments radiants, une hotte d'aspiration agencée à proximité dudit ensemble d'éléments radiants, pour l'aspiration desdits gaz chauds produits par l'ensemble. Selon ce dernier mode de réalisation, les moyens de génération de vapeur comprennent un échangeur thermique, commun à ladite pluralité d'éléments radiants, chaque hotte d'aspiration comprenant, éventuellement, un organe de sectionnement de débit et des moyens pour asservir ledit organe de sectionnement de débit audit ensemble d'éléments radiants correspondant, ou alternativement, les moyens de génération de vapeur comprennent, pour chaque ensemble d'éléments radiants, un échangeur thermique placé dans la hotte correspondante desdits moyens d'extraction afin de récupérer la chaleur contenue dans les gaz chauds dudit ensemble d'éléments radiants correspondant. Selon un mode de réalisation, ladite installation est une installation de séchage d'une bande de matière, présentant des moyens pour faire défiler ladite bande de matière sous l'action des rayonnements infrarouges dudit système de rayonnements infrarouges. Selon un mode de réalisation, l'installation comprend des cylindres chauffants, rotatifs, sur lesquels est destinée à être plaquée ladite bande de matière, et un système condensat-vapeur pour alimenter lesdits cylindres chauffants en vapeur de chauffage, ladite installation présentant des moyens pour injecter la vapeur produite par lesdits moyens de génération de vapeur dans ledit système condensat-vapeur desdits cylindres chauffants. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation, conforme à l'invention, selon un premier mode de réalisation ; - la figure 2 est une vue schématique d'une installation, conforme à l'invention, selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 3 est une vue schématique de détail d'une hotte d'aspiration des moyens d'extraction de l'installation de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue schématique d'une installation, conforme à l'invention, selon un troisième mode de réalisation ; - la figure 5 est une vue schématique de face d'un ensemble d'éléments radiants d'une installation des figures 1, 2 ou 4. Aussi l'invention concerne une installation de séchage, comprenant : - un système de rayonnements infrarouges présentant au moins un ensemble d'éléments radiants, lesdits éléments radiants de l'ensemble étant associés à un ou plusieurs brûleurs, aptes à porter à haute température lesdits éléments radiants 200, - des moyens 3, 4, 16 d'extraction de gaz agencés pour l'extraction des gaz chauds produits par le système de rayonnements infrarouges. Le brûleur ou les brûleurs associés audit ensemble d'éléments radiants sont de préférence des brûleurs fonctionnant au gaz et permettent de porter à haute température chaque élément radiant afin que ce dernier émette des rayonnements infrarouges. Par haute température, on entend une température comprise 25 entre 500°C et 1.500 °C. Les éléments radiants 200 peuvent comprendre, chacun, une plaquette céramique ou une plaquette dans un métal réfractaire. Les éléments radiants 200 d'un même ensemble 2 sont disposés côte à côte, de préférence dans un même plan, afin de former une surface radiante, telle qu'illustrée à la 30 figure 5. Selon un mode de réalisation, chaque élément radiant 200 de l'ensemble 2 est associé à un brûleur. Selon un autre mode de réalisation, un brûleur, commun aux éléments radiants 200 de l'ensemble permet de porter à haute température la totalité des éléments radiants 200 de l'ensemble 2. Lesdits moyens d'extraction présentent pour ledit ensemble d'éléments radiants 2, une hotte d'aspiration 3, les gaz collectés par la hotte d'aspiration étant acheminés le long d'un conduite 16 grâce à un extracteur 4 desdits moyens d'extraction. Selon l'invention, ladite installation comprend des moyens de génération de vapeur comprenant au moins un échangeur thermique 5 ; 23 sur le circuit desdits moyens d'extraction de gaz afin de récupérer la chaleur contenue dans les gaz chauds, le primaire dudit au moins un échangeur thermique 5 ; 23 étant alimenté en gaz chauds collectés par lesdits moyens d'extraction. Le secondaire dudit au moins un échangeur 5 ; 23 est traversé par le fluide à vaporiser. Selon un mode de réalisation de l'invention illustré selon l'exemple des figures 1 ou 2, lesdits moyens de génération de vapeur comprennent un ballon-séparateur 8 contenant un condensat et de la vapeur, au moins une conduite 6 et une pompe 7 permettant la circulation du condensat depuis ledit ballon-séparateur 8 jusqu'au secondaire dudit au moins un échangeur thermique 5, au moins une conduite de retour 17 permettant le retour du condensat surchauffé jusqu'au ballon-séparateur 8, ledit ballon-séparateur étant équipé d'une sortie vapeur. Selon ce mode de réalisation, la vapeur est générée par surchauffage d'un condensat et détente de ce condensat surchauffé dans ledit ballon-séparateur 8. Avantageusement, lesdits moyens de génération de vapeur comprennent des moyens pour maintenir ledit ballon-séparateur 8 sous pression contrôlée comprenant une sonde de pression 11 et une vanne automatique 12 sur ladite sortie vapeur. Lorsque la pression mesurée par la sonde de pression 11 dans le ballon-séparateur 8 excède une pression déterminée, la vanne automatique 12 est commandée à l'ouverture, libérant de la vapeur par ladite sortie vapeur. Lorsque la pression mesurée redevient inférieure à la dite pression déterminée, ladite vanne automatique 12 est commandée à la fermeture. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de génération de vapeur comprennent des moyens de régulation de débit dans ledit au moins un échangeur thermique 5, présentant au moins un capteur 10 et une vanne automatique 9 placés sur ladite au moins une conduite de retour 17. Le capteur 10 est par exemple un capteur de température, un capteur de pression ou un capteur de débit. Ladite vanne automatique est asservie en fonction du signal du capteur 10. Selon un mode de réalisation, les moyens de génération de vapeur comprennent des moyens de maintien de niveau de condensat dans le ballon-séparateur 8, comprenant un dispositif de mesure 18 pour la détermination de niveau de condensat dans ledit ballon-séparateur 8 et un dispositif d'appoint comprenant une pompe 14 et une vanne automatique 13, apte à alimenter ledit ballon-séparateur 8 en condensat. Les moyens de maintien de niveau de condensat dans le ballon-séparateur 8 ont pour fonction de maintenir le niveau de condensat à une valeur déterminée. La baisse de niveau de condensat s'explique par la vapeur qui s'échappe du ballon-séparateur 8 par ladite sortie vapeur. Lorsque le dispositif de mesure 18 détecte une baisse de niveau des condensats, lesdits moyens permettent de compenser la perte de masse en ouvrant ladite vanne automatique 13 et en actionnant la pompe 14 du dispositif d'appoint. Lorsque le niveau des condensats détectés par le dispositif de mesure 18 redevient normal, la pompe 14 est arrêtée et la vanne automatique 13 est fermée. Selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 1 ou 2 : - ledit système de rayonnements infrarouges présente une pluralité d'ensembles d'éléments radiants 2, - lesdits moyens d'extraction de gaz comprennent, pour chaque ensemble d'éléments radiants 2, une hotte d'aspiration 3 agencée à proximité dudit ensemble d'éléments radiants 2 pour l'aspiration desdits gaz chauds produits par l'ensemble d'éléments radiants 2. Selon le mode de réalisation de la figure 1, les moyens de génération de vapeur comprennent, pour chaque ensemble d'éléments radiants 2, un échangeur thermique 5 placé dans la hotte d'aspiration 3 correspondante desdits moyens d'extraction afin de récupérer la chaleur contenue dans les gaz chauds dudit ensemble d'éléments radiants 2 correspondant. De préférence, chaque échangeur 5 est associé à une vanne automatique 9 et à un capteur 10 afin de permettre la régulation indépendante du débit des condensats surchauffés, notamment en fonction de la température atteinte, mesurée par ledit capteur, en aval dudit échangeur thermique 5. Alternativement, selon le mode de réalisation de la figure 2, les moyens de génération de vapeur peuvent comprendre un échangeur thermique 5, commun à ladite pluralité d'ensembles d'éléments radiants 2. Eventuellement, chaque hotte d'aspiration 3 comprend un organe 25 de sectionnement de débit et, le cas échéant, des moyens pour asservir ledit organe 25 de sectionnement de débit audit ensemble d'éléments radiants 2 correspondant. Dans ce mode de réalisation, ledit organe 25 de sectionnement de débit fonctionne en tout ou rien. Cet organe 25 est commandé à la fermeture lorsque ledit ensemble d'éléments radiants 2 de la hotte correspondante est arrêté et à l'ouverture lorsque ledit ensemble d'éléments radiants 2 est en fonctionnement. Cette disposition permet d'éviter la dilution des gaz chauds dans lesdits moyens d'extraction si un ou quelques uns des ensembles d'éléments radiants 2 ne sont pas en fonctionnement. Selon un mode de réalisation illustré à la figure 4, ledit au moins un échangeur thermique 23 est un générateur de vapeur dont le secondaire est alimenté en condensat. Cet échangeur thermique 23 fonctionne en ébullition. Un niveau de condensat dans ledit échangeur 23 est mesuré par un capteur 22 et maintenu en continu, par exemple au moyen d'une pompe 20 et d'une vanne automatique 21. Les condensats peuvent provenir d'un ballon-séparateur 15. Ledit échangeur 23 fonctionnant en ébullition, la vapeur produite est contrôlée au moyen d'un capteur de pression 24 et d'une vanne automatique 26. Selon un mode de réalisation préféré, ladite installation est une installation de séchage d'une bande de matière 1, présentant des moyens pour faire défiler ladite bande de matière sous l'action des rayonnements infrarouges dudit système de rayonnements infrarouges. Lorsque le système de rayonnements infrarouges est placé au dessus de la bande de matière, et lorsque lesdits échangeurs thermiques 5 sont placés dans les hottes d'aspiration 3, tels qu'illustrés à la figure 1, il existe un risque de condensation des gaz chauds entrant en contact avec les parois des échangeurs thermiques 5. Afin d'éviter que des gouttelettes de condensation ne chutent sur la bande de matière 1, des chicanes 19 peuvent être prévues, au droit de l'échangeur thermique 5, entre ledit échangeur thermique 5 et la bouche de la hotte d'aspiration 3. Ces chicanes 19, illustrées à la figure 3, ont pour fonction de collecter les gouttelettes de condensation et de les évacuer. Selon un mode de réalisation, ladite installation comprend des cylindres chauffants (non illustrés), rotatifs, sur lesquels est destinée à être plaquée ladite bande de matière, et un système condensat-vapeur pour alimenter lesdits cylindres chauffants en vapeur de chauffage. Classiquement les cylindres chauffants, rotatifs, sont situés en aval du système de rayonnements infrarouges selon le sens de défilement de 25 la bande de matière. Avantageusement, ladite installation peut présenter des moyens pour injecter la vapeur produite par lesdits moyens de génération de vapeur dans ledit système condensat-vapeur desdits cylindres chauffants. Ledit au moins un échangeur thermique 5 ; 23 est un 30 échangeur comprenant ledit primaire et ledit secondaire interdisant les contaminations croisées entre le fluide traversant le primaire et le fluide traversant le secondaire. Ledit échangeur thermique 5 ; 23 peut être choisi parmi : - un échangeur tubulaire à parois lisses, - un échangeur tubulaire à ailettes, - un échangeur à plaques. Nous décrivons maintenant en détail l'exemple de la figure 1. Dans cet exemple de la figure 1, des échangeurs thermiques 5 sont disposés à l'intérieur de chaque hotte d'aspiration 3 des gaz chauds. Ces échangeurs thermiques 5 sont alimentés en condensats au moyen d'une pompe 7 et de 10 conduits 6. Ces condensats sont surchauffés dans les échangeurs thermiques 5, puis les condensats surchauffés sont retournés par des conduites de retour 17, individuelles, vers le ballon-séparateur 8. Chaque conduite de retour 17 est équipée d'un capteur 10 (i.e de température, de pression ou de débit) et d'une vanne automatique 9 permettant d'ajuster le débit des condensats circulant 15 dans chaque échangeur thermique 5. Le ballon séparateur 8 est équipé d'une sonde de pression 11 et d'une vanne automatique 12 contrôlant le niveau de pression dans le ballon-séparateur. Un dispositif de mesure 18 de niveau dans le ballon-séparateur 8 permet de contrôler une vanne automatique 13 et une pompe 14 20 et d'amener en permanence une quantité de condensat compensant la masse de vapeur produite, s'échappant du ballon-séparateur 8. La température de retour des oondensats peut être mesurée à l'aide du capteur 10 et maintenue en permanence au dessus de la température de la vapeur saturante correspondante à la pression de fonctionnement dans le ballon-séparateur 8. 25 Dans la version illustrée selon l'exemple de la figure 2, un seul échangeur thermique 5 est placé sur la conduite 16 d'extraction commune desdits moyens d'extraction des gaz chauds qui comprennent plusieurs hottes d'aspiration 3. Cet échangeur thermique 5 est situé de préférence, en amont de l'extracteur 4, selon le sens d'écoulement des gaz chauds. Afin d'optimiser 30 la récupération thermique, chaque hotte d'aspiration 3 est équipée d'un organe de sectionnement 25, tel que par exemple une vanne fonctionnant en tout ou rien, asservie au fonctionnement dudit élément radiant 2 correspondant à ladite hotte d'aspiration 3. La figure 3 est une vue de détail d'une hotte d'aspiration de l'installation telle qu'illustrée à la figure 1. Avantageusement, chaque hotte d'aspiration présente des chicanes 19 permettant la collecte de l'eau condensée sur ledit échangeur thermique 5. L'eau collectée peut être rejetée à l'extérieur des bords de la bande de matière 1. Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés pour l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de 10 l'invention définie par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Installation de traitement thermique notamment de séchage, comprenant : - un système de rayonnements infrarouges présentant au moins un ensemble d'éléments radiants (2), lesdits éléments radiants (200) de l'ensemble étant associés à un ou plusieurs brûleurs, aptes à porter à haute température lesdits éléments radiants (200), - des moyens (3, 4, 16) d'extraction de gaz agencés pour l'extraction des gaz chauds produits par le système de rayonnements 10 infrarouges, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de génération de vapeur comprenant au moins un échangeur thermique (5 ; 23) sur le circuit desdits moyens (3, 4, 16) d'extraction de gaz afin de récupérer la chaleur contenue dans les gaz chauds, ledit au moins un échangeur (5 ; 23) présentant un 15 primaire et un secondaire, le primaire dudit au moins un échangeur thermique (5 23) étant alimenté en gaz chauds, le secondaire dudit échangeur (5 ; 23) étant traversé par un fluide à vaporiser. 2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle lesdits moyens de génération de vapeur comprennent un ballon-séparateur (8) 20 contenant un condensat et de la vapeur, au moins une pompe (7) et une conduite (6) permettant la circulation du condensat depuis ledit ballon-séparateur (8) jusqu'au secondaire dudit au moins un échangeur thermique (5), au moins une conduite de retour (17) permettant le retour du condensat surchauffé jusqu'au ballon-séparateur (8), ledit ballon-séparateur étant équipé 25 d'une sortie vapeur. 3. Installation selon la revendication 2, dans laquelle lesdits moyens de génération de vapeur comprennent des moyens pour maintenir ledit ballon-séparateur (8) sous pression contrôlée comprenant une sonde de pression (11) et une vanne automatique (12) sur ladite sortie vapeur. 30 4. Installation selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle lesdits moyens de génération de vapeur comprennent des moyens derégulation de débit dans ledit au moins un échangeur thermique (5), présentant au moins un capteur (10) et une vanne automatique (9) placés sur ladite au moins une conduite de retour (17). 5. Installation selon l'une des revendications 2 à 4, dans laquelle les moyens de génération de vapeur comprennent des moyens de maintien de niveau de condensat dans le ballon-séparateur (8), comprenant un dispositif de mesure (18) pour la détermination de niveau de condensat dans ledit ballon-séparateur (8) et un dispositif d'appoint comprenant une pompe (14) et une vanne automatique (14), apte à alimenter ledit ballon-séparateur (8) en condensat. 6. Installation selon la revendication 1, dans laquelle ledit échangeur thermique (23) est un générateur de vapeur. 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle ledit au moins un échangeur thermique est choisi parmi : - échangeur tubulaire à parois lisses, échangeur tubulaire à ailettes, - échangeur à plaques. 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle : - ledit système de rayonnements infrarouges présente une pluralité d'ensembles d'éléments radiants (2), - lesdits moyens d'extraction de gaz comprennent, pour chaque ensemble d'éléments radiants, une hotte d'aspiration (3) agencée à proximité dudit ensemble d'éléments radiants (2), pour l'aspiration desdits gaz chauds produits par ledit ensemble d'éléments radiants (2) correspondant, et dans laquelle les moyens de génération de vapeur comprennent un échangeur thermique (5), commun à la dite pluralité d'ensembles d'éléments radiants (2). 9. Installation selon la revendication 8, dans laquelle chaque hotte d'aspiration (3) comprend un organe (25) de sectionnement de débit et des moyens pour asservir ledit organe (25) de sectionnement de débit auditensemble d'éléments radiants (2) correspondant. 10. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle : - ledit système de rayonnements infrarouges présente une pluralité d'ensemble d'éléments radiants (2), - lesdits moyens d'extraction de gaz comprennent, pour chaque ensemble d'éléments radiants (2), une hotte d'aspiration (3) agencée à proximité dudit ensemble d'éléments radiants pour l'aspiration desdits gaz chauds produits par ledit ensemble d'éléments radiants (2) correspondant, et dans laquelle les moyens de génération de vapeur comprennent, pour chaque élément radiant (2), un échangeur thermique (5) placé dans la hotte d'aspiration (3) correspondante desdits moyens d'extraction afin de récupérer la chaleur contenue dans les gaz chauds dudit élément radiant correspondant. 11. Installation selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle ladite installation est une installation de séchage d'une bande de matière (1), présentant des moyens pour faire défiler ladite bande de matière sous l'action des rayonnements infrarouges dudit système de rayonnements infrarouges. 12. Installation selon la revendication 11, comprenant des cylindres chauffants, rotatifs, sur lesquels est destinée à être plaquée ladite bande de matière, et un système condensat-vapeur pour alimenter lesdits cylindres chauffants en vapeur de chauffage, ladite installation présentant des moyens pour injecter la vapeur produite par lesdits moyens de génération de vapeur dans ledit système condensat-vapeur desdits cylindres chauffants. 13. Utilisation de l'installation de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 12 pour le séchage de papier.