FR2548760A1

FR2548760A1 - Jet d'air injecte dans un orifice de four pour controler le debit d'air comburant

Info

Publication number: FR2548760A1
Application number: FR8410448A
Authority: FR
Inventors: Edward Patrick Savolskis; Yih-Wan Tsai
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1983-07-05
Filing date: 1984-07-02
Publication date: 1985-01-11
Also published as: FR2548760B1; IT1174233B; IT8421741A0

Abstract

DANS UN FOUR A COMBUSTION 10 A ORIFICES MULTIPLES, COMPORTANT PLUSIEURS ORIFICES 18 DE FORMATION DE LA FLAMME EN COMMUNICATION NON COMPARTIMENTEE AVEC UNE SOURCE COMMUNE DE GAZ OU AIR COMBURANT, L'INVENTION FOURNIT UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF POUR LE CONTROLE SELECTIF DU DEBIT D'AIR COMBURANT DANS L'UN OU PLUSIEURS DES ORIFICES 16. UNE PETITE QUANTITE DE GAZ SOUS PRESSION, PAR EXEMPLE D'AIR, EST INJECTEE, PAR EXEMPLE AU MOYEND'UN TUBE DE CONTROLE DU COURANT 50, AU VOISINAGE D'UN ORIFICE INDIVIDUEL 16, GENERALEMENT LE LONG DU TRAJET DE L'AIR COMBURANT A TRAVERS L'ORIFICE, POUR MODIFIER LA QUANTITE D'AIR COMBURANT QUI PENETRE DANS L'ORIFICE POUR SE MELANGER AU COMBUSTIBLE. LE DEBIT D'AIR COMBURANT EST AUGMENTE PAR L'INJECTION D'AIR A CO-COURANT AVEC LE COURANT D'AIR COMBURANT, POUR PROVOQUER UN COURANT SUPPLEMENTAIRE VERS L'ORIFICE. LE DEBIT D'AIR COMBURANT EST DIMINUE PAR L'INJECTION D'AIR A CONTRE-COURANT, POUR FREINER LE COURANT A TRAVERS L'ORIFICE.

Description

la présente invention concerne des fours et leur fonctionnement, plus précisément des fours comprenant plusieurs chambres de combustion ou orifices de formation de la flamme qui reçoivent de l'air comburant chauffé d'une chambre de distribution ou de surpression une, pour se combiner aec le combustible afin de produire une flamme de combustion. Plus particulièrement, l'invention concerne le contrôle de la répartition de l'air comburant parmi ces chambres ou orifices; par exemple dans un four régéné raseur à orifices multiples.

P3.us préeisément, l'invention concerne le contrôle de la quantité d'air qui est délivrée à un quelconque orifice individuel de formation de la flamme à partir d'une chambre commune de surpression ou de distribution de l'air comburant9 par exemple dans un four régénérateur à orifices multiples comportant une chambre de surpression non cloisonnée. Ces fours comprennent généralement plusienrs orifices de formation de la flamme de chaque côté de la chambre du four, les orifices situés d'un côté étant alignés et opposés par rapport à des orifices situés de l'autre côte.Pendant la phase de chauffe, l'air comburant pénètre dans une chambre de surpression inférieure, traverse le régénérateur où il est réchauffé et la chambre de surpression supérieure vers les orifices de formation de la flamme, où il se combine avec le combustible pour produire une flamme de combus
ion destinée à chauffer les matières contenues dans la chambre du four.Les gaz d'échappement provenant de chaque orifice traversent l'orifice opposé à ce dernier et redescendent à tra tel le régénérateur cpposé pour réchauffer le garnissage de ce régénérateur. En d'autres termes, pendant la phase d'échappement, l'orifi@e de formation de la flamme reçoit les gaz d'échappement, son régénérateur absorbe de la chaleur des gaz d'échappement et l'autre orific de irration de la flamme, dans sa phase de chauffe, reçoit de l'air comburant réchauffé à travers son régénérateur. Le côté du four qui reçoit le combustible et l'air comburant réchauffé est périodiquement inversé, ce qui fait que chaque c8té prend part alternativement à une phase d'échappement et une phase de chauffe.

Dans le présent contexte, le terme "air comburant1, ne se limite pas à une combinaison particulière de gaz, ni à certaines proportions de ceux-ci, mais il est utilisé pour simplifier pour désigner tout gaz qui, combiné avec un combustible, produit un mélange combustible.

le problème de la distribution irrégulière de l'air dans le régénérateur d'un four comportant une chambre de distribution ou de surpression de gaz au-dessus d'un lit régénérateur a été étudié dans le brevet US nO 4 375 236 (tsar), dont les enseignements sont ici inclus à titre de référence. D'après ce qui est exposé dans ce document, des jets d'air peuvent être utilisés pour produire une distribution plus uniforme de gaz dans le régénérateur en agissant sur la distribution dans la chambre de surpression. Toutefois, dans un four à orifices multiples, par exemple un four de fusion du verre, il est habituel que les orifices individuels fontionnent à des taux différents d'arrivée du mélange combustible, afin d'optimiser le rendement du four.

Plus précisément, le rendement d'un four est subordonné à une distribution correcte de l'énergie introduite entre les orifices de formation de la flamme, dans le but de fournir une quantité d'énergie appropriée pour la région du four située au-dessous de l'orifice. En général, une modification des conditions du four, notamment de son débit, de la composition de la fusion ou du réglage du four, nécessite une redistribution des apports d'énergie entre les orifices, si lton veut maintenir le rendement du four dans des limites acceptables. La redistribution est généralement effectuée, pour un apport total de combustible donné, par répartition du combustible d'une manière non uniforme entre les orifices.

la distribution non uniforme de combustible nécessite une distribution non uniforme, dans une mesure correspondante, de l'air comburant entre les orifices. Un excès d'air comburant par rapport à la quantité de combustible dans un orifice particulier de formation de la flamme peut être indésirable, par le fait que l'air réchauffé en excès n'est pas utilisé pour la combustion. Une insuffisance d'air comburant se traduit par un gaspillage de combustible non brillé.Il est certes possible d'augmenter l'apport total dsair-comburant, par exemplé par réglage de la soufflante, et, par suite, d'introduire un surcroît d'air dans les orifices en cas de besoin, mais cela augmente également l'alimentation en air d'orifices qui peuvent déjà recevoir la quantité voulue d'air, ce qui se traduit par un rendement inférieur à celui que l'on souhaite. En d'autres termes, pour un apport total donné de combustible, il existe une quantité optimale d'air comburant total, nécessaire pour le rendement global du four. En même temps, pour tout orifice individuel, il existe aussi une quantité optimale d'air comburant pour llali- tentation en combustible de cet orifice.En conséquence, un apport non proportionné de combustible entre les orifices nécessite un apport d'air comburant non proportionné dans une mesure correspondante, si l'on veut obtenir le mélange combustible-air voulu et, par suite, optimiser le rendement. Il serait donc souhaitable de pouvoir augmenter on diminuer sélectivement l'air dans les seuls orifices où cela est nécessaire, tout en maintenant la quantité correcte d'apport total d'air comburant pour le four, en rapport avec l'apport total de combustible.

Précédemment, le contre de la distribution d'air- combu- rant dans les orifices individuels de formation de la flamme était effectué principalement par l'utilisation de barrières, par exemple de briques modératrices faites de matière réfrac paire insérées en différents endroit dans l'orifice de formation de la flamme pour entraver partiellement le courant d'air cr,mburariQ à travers 'orifice. Avec cette technique, on peut augmenter l'air comburant total, par exemple en élevant le débit de la soufflante, puis utiliser des briques modératrices dans des orifices particuliers où une augmentation de l'air comburant n'est pas souhaitée. Toutefois, l'utilisation de barrières réfractaires ou briques modératrices présente plusieur inconvénients. Bes modérateurs réfractaires sont cossteux et se détériorent assez rapidement dans l'atmosphère rude des orifices de formation de la flamme, ce qui crèe l'accumulation de débris sur le fond de l'orifice. Ces débris contribuent à entraver le courant d'air comburant de manière incontrôlée et il est difficile de les enlever. Les tentatives de ratissage des débris pour en débarrasser orifice peuvent aboutir à l'en- tratnement de ces débris dans les régénérateurs où ils produisent des bouchons et diminuent le débit à travers le régénéra- teur.En outre, si les modérateurs peuvent être utiles pour diminuer le débit d'air comburant à travers un orifice, ils ne conviennent pas pour augmenter le courant d'air comburant. De plus, les modérateurs ont pour inconvénient grave qu'ils n'assurent qu'un contrôle imprécis, limité par les dimensions et la forme des blocs ou briques réfractaires qui peuvent être insérées commodément dans l'orifice de formation de la flamme en des endroits fixes pour entraver le courant.

Il serait donc avantageux de disposer d'un procédé pour contrôler sélectivement l'air comburant dans un orifice de formation de la flamme, n'ayant pas les limitations des techniques actuellement disponibles.

L'invention concerne un procédé de contrôle du débit de gaz comburant, par exemple d'air, à travers une chambre de combustion, par exemple un orifice de formation de la flamme dans un four, utilisant un courant gazeux, par exemple un jet d'air, pour entraver ou entraver l'air comburant qui su écoule à travers l'orifice. Pour augmenter le débit d'air comburant, un ou plusieurs jets sont dirigés vers le courant de l'air de combustion qui s'écoule à travers l'orifice, à co-courant avec lui, pour provoquer la pénétration de plus d'air comburant dans l'orifice à partir d'une source d'air comburant.Pour diminuer le débit d'air comburant à travers l'orifice, le jet d'air est dirigé à contre-courant par rapport à l'air comburant, de manière à restreindre ou entraver l'écoulement et réduire ainsi la quantité d'air comburant qui traverse l'orifice.

rour augmenter l'air comburant, une forme de réalisation préférée comprend un ou plusieurs tubes de contrôle de courant, montés de manière appropriée à travers une paroi de l'orifice de formation de la flamme, avec des tuyères dirigées vers la sortie ou bouche de l'orifice, le long du trajet général de l'air comburant à travers l'orifice. Un jet de gaz, par exemple d'air, est injecté par le tube et la tuyère, à co-courant avec l'écoulement à travers l'orifice pendant la phase de chauffe du four. Avec ce dispositif, le jet dsair a pour effet de provoquer une augmentation de la quantité d'air comburant qui pénètre dans l'orifice de formation de la flamme à partir de la source d'air comburant, par exemple une chambre de surpression au-dessus d'un régénérateur.Une augmentation contrôlée du débit d'air comburant à travers l'orifice de formation de la flamme et, en conséquence, un contrôle du mélange de combustion pour la production de la flamme peuvent être effectués par modification de la vitesse et/ou du débit de l'air injecté par les jets d'air, pour établi dans la mesure choisie un courant d'air comburant supplémentaire pour un orifice particulier de formation de la flamme.

Pour diminuer l'apport d'air comburant dans un orifice partioulier, un ou plusieurs tubes de jet d'air sont insérés à travers une paroi de l'orifice, -oar exemple le sommet, les parois latérales ou le fond de l'orifice, l'ouverture de sa tuyère étant dirigée dans ta direction e t à contre-courant du trajet général d'écoulement d'air comburant. Avec ce dispositif, le jet d'air a pour effet d'entraver ou de freiner la pénétra- tion d'air comburant dans l'orifice. Une diminution contrôlée du débit d'air comburant peut être effectuée par modification dc la vitesse et ou du débit - > de l l'air injecté par le le ou les tubes.

Dans une autre forme de réalisation, un ou plusieurs tubes do contrôl e de bit sont montés à travers une paroi de la chambre de surpression supérieure par exemple la paroi de la chambre de surpression opposée à l'ouverture de l'orifice, ciaprès appelée paroi d'impact. Un jet de gaz, par exemple d'air, est' dirigé vers le courant primaire traversant l'orifice, c'està-dire à co-courant avec celui-ci pendant la phase de chauffe d four. Avec r dispositif, le jet d'air de la paroi d'impact a pour effet de diriger l'air de combustion vers l'intérieur de l'orifice dan T ensemble, en créant une zone de haute pression qu repousse l'air comburant et par entraînement de l'air comburant dans le courant d'air d'injsction.Une augmentation c@ntrôlée débit d'air comburant pénétrant dans l'orifice de formation de la flamme et le contrôle consécutif du mélange combustible dans l'orifice peuvent entre effectués par exemple par modification de la vitesse de l'air injecté au moyen des jets d'air. De cette manière, on peut contrôler sélectivement le mélange combustible dans n1 importe quel orifice individuel de formation de la flamme ou dans plusieurs orifices, afin d'optimiser le rendement du four.

Pour diminuer l'apport d'air comburant dans un orifice particulier, un ou plusieurs tubes de jet d'air peuvent être insérés à travers une paroi de la chambre de surpression, par exemple la paroi supérieure contigüe à 11 entrée de l'orifice, ces tubes étant généralement dirigés à contre-courant de l'écou- lement d'air comburant principal. Avec ce dispositif, un jet d'air peut tre injecté pour entraver la pénétration d'air comburant dans l'orifice en créant un courant de freinage à proximité immédiate du passage entre la chambre de surpression et l'orifice de formation de la flamme et en réduisant ainsi la quantité d'air comburant qui entre dans l'orifice.

tes jets d'air de la présente invention constituent un procédé et un dispositif relativement peu motteux pour le contrôle du courant d'air comburant vers les orifices individuels de formation de la flamme, par exemple dans un four de combustion à orifices multiples utilisant de l'air comburant préchauffé en provenance d'une source unique, pour optimiser le rendement global du four.

La fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un four régénérateur auquel sont appliquées des caractéristiques de l'invention, avec un jet d'air de paroi d'impact servant à augmenter le courant d'air de combustion vers un orifice de formation de la flamme.

Ta fig. 2 est une vue en coupe verticale d'un orifice de formation de la flamme, comportant un jet d'air qui traverse la paroi supérieure de la chambre de surpression pour freiner le courant d'air comburant vers un orifice de formation de la flamme, conformément aux enseignements de l'invention.

La fig. 3 est une vue en coupe horizontale d'un four à orifices multiples, représentant à la fois un jet d'air de paroi d'impact et un jet d'air de paroi supérieure de la chambre de surpression, respectivement pour augmenter et diminuer le courant d'air comburant vers un ou deux orifices, conformément aux enseignements de l'invention.

la fig. 4 est une vue en coupe verticale d'un orifice de formation de la flamme, comportant une paire de jets d'air oppo sés dans le sommet de l'orifice, destinés l'un à augmenter et l'autre à diminuer le courant d'air comburant, conformément aux enseignements de l'invention.

la fig. 5 est une vue en coupe horizontale d'une paire d'orifices de formation de la flamme, représentant des jets d'air dans les parois latérales de l'un des orifices, à savoir une paire pour augmenter le courant d'air comburant et une paire pour le diminuer, conformément aux enseignements de l'invention.

Pour se référer à la fig. 1, il y est représenté un four régénérateur 10 du type utilisé pour la fusion du verre. Bien que l'invention soit décrite ci-après dans son application à un four de fusion du verre, on comprendra aisément qu'elle ne s'y limite pas et qu'elle peut entre utilisée pour le contrôle du courant d'air comburant dans n'importe quel four à combustion comprenant un ou plusieurs orifices de formation de la flamme qui reçoivent de l'air comburant en provenance d'une source d'air comburant. Be four 10 comprend des récupérateurs ou régénérateurs 3 pour pré-chauffer l'air comburant, une chambre de surpression 14 pour faire passer l'air comburant dans l'orifice de formation de la flamme 16 en vue de son mélange avec un combustible, issu par exemple de l'injecteur 18, pour produire une flamme 20 qui sort de la bouche 22 de l'orifice. la flamme 20 fournit la chaleur nécessaire pour maintenir à l'étant fondu une masse de verre et pour fondre des matières de charge 23 dans la chambre de fusion 24. Dans l'exposé, qui suit, on ne décrira en détail que l'orifice 1.6 pendant sa phase de chauffe.Dans un four du type a chauffe inversée, l'orifice 16 participerait alternativement aux phases de chauffe et d'échappement du cycle du four, pour fondre le verre et les matières premières de la charge.

L'orifice 16 représenté de formation de la flamme comprend un fond 28, des parois latérales 30 et une paroi supérieure ou plafond 32. le plafond 32 comprend une partie horizontale 35 attenante à une ouverture 36 de passage de l'air comburant entre la chambre 14 et l'orifice 16, et une partie en pente 38 contigüe à la bouche 22 de l'orifice.

De manière générale, le trajet de l'air comburant à travers un orifice, par exemple l'orifice 16, suit la ligne reliant les centres de l'ouverture 36 et de la bouche 22 de l'orifice, par exemple la ligne 40. Pour donner plus de clarté à l'expose, ce trajet a été représenté par la ligne 40, mais il est bien entendu que l'air comburant traverse l'orifice en un courant large présentant une certaine turbulence. Nais il ne se produit normalement qu'un faible degré d'écoulement à proximité immédiate des parois de l'orifice. On peut considérer qu'une augmentation de l'écoulement du gaz comburant à proximité immédiate des parois de l'orifice provoquerait une détérioration accélérée de la matière réfractaire des parois et elle est donc indésirable.

Dans l'exposé qui suit, il sera question de jets d'air qui sont dirigés généralement vers la ligne 40 dans la forme de réalisation préférée, pour cette raison, parmi d'autres, que le choc de l'air provenant des jéts sur les parois réfractaires pourrait avoir des effets secondaires nuisibles. Par exemple, les matières réfractaires pourraient être endommagées par choc thermique dans le cas où les jets d'air sont à une température plus basse que les parois. En outre, même s'il n'y a pas de différence de température entre le courant des jets et les parois, des jets d'air frappant les parois peuvent produire une accélération de la réaction chimique entre les matières réfractaires et l'atmosphère de l'orifice, conduisant à une détérioration des parois de l'orifice.Enfin, on peut considérer que les jets d'air seront d'une manière générale plus efficaces s'ils attaquent le courant d'air comburant dans une zone de vitesse plus grande de ce courant, plutôt que dans une zone de vitesse plus basse, par exemple à proximité immédiate du centre du courant. Toutefois, les positions décrites pour les jets d'air ne constituent pas une caractéristique restrictive de l'invention. Comme on le comprendra aisément, pour peu que le courant d'air injecté a unecomposante de vitesse le long du courant principal d'air comburant, l'air injecté aura un effet de contrôle sur le courant d'air comburant. Par exemple, les jets peuvent déboucher plus près des parois de l'orifice et un plus grand nombre de jets peut être utilisé pour obtenir l'effet voulu d'impulsion ou de freinage, selon le degré de contrôle voulu du courant.

Toujours pour se référer à la fig. 1, il y est représenté un seul tube 50 de contrôle du courant dans la paroi d'impact 34 dirigée vers le courant d'air comburant pénétrant dans l'orifice 16 et traversant celui-ci, selon ce qui est indiqué par la ligne discontinue 40. En service, une petite quantité de gaz, par exemple d'air, dans une proportion inférieure à 10 % environ de la quantité totaie d'air comburant disponible dans la chambre de surpression 14, est injectée à une vitesse élevée, par exemple de 1000 pieds/seconde (304,8 m/s) par le tube 50. Le jet d'air a pour effet de pousser ou de diriger l'air disponible dans la chambre de surpression 14 à 11 intérieur de l'orifice 16 à travers l'ouverture 36.Bien que la nature exacte du courant d1air comburant provoqué ne soit pas élucidée, on peut penser que le jet d'air 50 de la paroi d'impact a pour effet principal de pousser ou de rediriger l'air comburant vers 11 ouverture de l'orifice, en direction de aquelle il est orienté. Plus précisément, le tube 50 de contrôle du courant, placé dans la paroi d'impact, sert à accroître l'air comburant qui traverse l'orifice 16, en faisant passer un gaz sous pression, par exemple de l'air, dans la chambre de surpression 14 en direction de l'ouverture 36.

L'air injecté dans la chambre de surpression crèe une zone locale de haute pression par rapport à la pression environnante en aval de l'injecteur, zone qui a pour effet de repousser l'air combu @ant dans le direction du courant du jet air, c'est-à-dire vers l'ouverture 36, ce qui produit une augmentation de l'écoulement d'air comburant à travers l'orifice 16. Cela peut être
ega@ement considéré comme un effet d'entraînement du courant du jet d'air à l'égard du courant d'air comburant.

Dans un four à orifices multiples comportant une chambre de surpression commune telle que la chambre de surpression 14, l'air injecté en face d'un orifice peut avoir un certain effet sur i.es orifices voisins. Par exemple, pour se référer à la fig, 3, pien que le jet 50 agisse principalement sur le courant qui @raverse l'orifice 16, il a été constaté qu'une certaine augmentation, faible mais mesurable, se manifeste dans l'orifice 70.

Comme on le comprendra aisément, il existe des cas dans lesquels des orifices plus éloignés de l'orifice 16 peuvent être affectés d'une manière ou d'une autre, et il peut se produire une diminution dans ces orifices, due à l'effet de modification de la direction de l'air comburant vers l'orifice 16.

D'après ce qui est représenté sur la fig. 2, un tube 51 de contrôle de courant est inséré à travers la paroi supérieure 54 de la chambre de surpression, sa tuyère étant située à peu près au centre de l'ouverture 36 et dirigée à l'inverse de cette ouverture. Avec cette disposition, un jet d'air est introduit dans le trajet d'écoulement principal à travers 11 ouverture 36, pour entraver ou freiner le courant d'air comburant et, de la sorte, produire une diminution de la quantité d'air comburant à l'intérieur de 11 orifice 16.

la fig. 3 est une vue en plan d'une partie du four, montrant l'orifice supplémentaire 70 de formation de la flamme qui ne comporte pas de jets d'air et l'orifice 16 qui comporte à la fois le jet d'impulsion 50 dans la paroi d'impact et le jet de freinage 52 dans la paroi supérieure pour modifier de n1 importe quelle manière voulue l'apport d'air comburant. Comme on le comprendra aisément, dans un four à orifices multiples, un nombre quelconque ou la totalité des orifices peuvent comporter des jets d'air pour répartir l'air comburant en provenance de la chambre de surpression 14 entre les différents orifices.Afin de protéger les tubes contre l'atmosphère hostile à l'intérieur de la chambre, ces tubes peuvent entre faits d'une matière réfractaire, par exemple une matière céramique, ou ils peuvent être refroidis à 11 eau, selon ce qui est par exemple enseigné dans le brevet US précité nO 4 375 236 de la ligne 48 de la colonne 5 à la ligne 15 de la colonne 6. A titre de variante, les tubes peuvent être purgés, par exemple avec de l'air comprimé relativement froid, pendant la phase d'échappement du cycle de chauffe du four, en cas d'utilisation dans un four régénérateur du type à chauffe inversée. Il peut être également souhaitable de réduire au minimum la longueur de tube qui fait saillie dans la chambre, en plaçant le tube dans une situation appropriée.

En général, les tubes de contrôle du courant servant à augmenter le courant d'air comburant vers l'orifice 16 peuvent etre insérés dans la chambre de surpression en tout point approprié, par exemple dans un trou d'accès existant dans une paroi de la chambre de surpression, pourvu qu'ils dirigent le jet d'air vers l'ouverture 36 dans une direction qui est généralement à co-courant avec le courant principal d'air comburant.

Bien que cela ne limite pas l'invention, il est préférable, pour diminuer le courant, que le tube de contrôle de courant 51 soit situé plus près de l'ouverture 36 que de la paroi d'impact 34 et le mieux est qu'il soit immédiatement voisin de l'ouverture 36, afin de maximiser l'effet de freinage exercé par le jet d'air sur l'air comburant qui provient de la chambre de surpression 14 et traverse l'ouverture. En-faveur de la durabilité du tube, ii peut être souhaitable de choisir un emplacement qui réduit au minimum la longueur de tube qui s'étend dans la chambre de compression.

Les fig. 4 et 5 indiquent à titre d'illustration différentes positions pour des tubes de contrôle de courant dans la région de l'orifice 16 de formation de la flamme délimitée par l'ouverture 36 et la bouche 22. Comme on le comprendra aisément, des tubes insérés dans cette région sont exposés à un environnement hostile et, pour cette raison, ils sont de préférence garnis d'une protection contre la chaleur ou faits de matériaux résistants à la chaleur, par exemple de matières céramiques. Les tubes peuvent être refroidis à l'eau, par exemple selon ce qui est enseigné dans le brevet US nc 4 375 236.D'après u-ne variante, les tubes peuvent être purgés, par exemple avec une petite quantité d'air comprimé, pendant la phase d'échappement du cycle de chauffe du four, en cas d'utilisation dans un four régénéra tu:r du type à inversion de la chauffe.

Sur la fig. 4, une paire de tubes de contre de courant est représenté? dans le plafond 32 de l'orifice, le tube 52 étant destiné à augmenter le courant d'air comburant à travers l'orifi- 6 16 et le tube 54 à diminuer ce courant. Il peut eAtre souhaitable de placer le tube 54 dans la partie en pente 38 du plafond, cas le tube 54 est alors en mesure de diriger un jet d'air br la ligne 40 sans devoir s'étendre de façon importante dans l'atmosphère hostile de l'orifice, en raison de la pente de la palie 38.

La fIg. 5 est une vue en plan d'une partie du four 10, représentant un autre orifice 70, afin de montrer que l'air comburant peut être contré sélectivement dans l'un quelconque ou dans plusieurs des orifices de formation de la flamme dans un four à orifices multiples. Comme on le comprendra aisément, dans un four à orifices multiples, un nombre quelconque ou la totalité des orifices peuvent contenir des jets d'air pour rendre possible la répartition sélective de l'air comburant en provenance de la chambre de surpression 14 entre les multiples orifices.Dans l'exemple représenté, quatre tubes de contrôle de courant, c'est-à-dire les tubes 56 et 58 pour augmenter le courant d'air comburant et les tubes 60 et 62 pour le diminuer, sont insérés à travers les parois latérales 30. Comme le montre la figure, des morceaux de tube rectilignes peuvent entre utilisés si on le désire, en les montant sous un angle approprié pour qu'ils dirigent un jet d'air généralement à co-courant ou à contre-courant par rapport à la ligne 40.

En service, le contrôle du courant est effectué par le passage d'un gaz sous pression, par exemple d'air, dans l'orifice de formation de la flamme à travers un ou plusieurs tubes choisis de contrôle du courant pendant la phase de chauffe du four. Pour augmenter le courant d'air comburant à travers l'orifice, on peut utiliser les tubes 52, 56 et/ou 58. L'air injecté par les tubes de contrôle du courant dans le sens de l'augmentation a pour effet d'entraîner l'air comburant, produisant ainsi une augmentation du courant d'air comburant à travers l'orifice.

Pour diminuer le courant dtair comburant, on peut utiliser les tubes 54, 60 et 62. L'air injecté par les tubes de contrôle de courant dans le sens de la diminution a pour effet de freiner le courant d'air comburant en réduisant ou en entravant son écoulement. En d'autres termes, le jet agit en quelque sorte comme une barrière qui freine ou offre une résistance au courant d'air comburant à travers l'orifice.

En général, les tubes de contrôle de courant peuvent être insérés dans l'orifice de formation de la flamme en n'importe quel endroit approprié, pourvu qu'ils dirigent le jet d'air dans une direction qui est généralement à co-courant par rapport au courant d'air comburant à travers l'orifice lorsqu'il s'agit d'augmenter le courant, ou généralement à contre-courant par rapport à lui lorsqu'il s'agit de le diminuer. Pour les raisons indiquées plus haut, il est préférable que l'air injecté par les tubes de contrôle de courant ne frappe pas directement les parois réfractaires de l'orifice de formation de la flamme. Toutefois, il n'est pas essentiel, pour l'application pratique de l'invention, que le courant des jets d'air soit parallèle au courant d'air comburant.Selon la vitesse du courant d'air comburant par rapport à la vitesse du courant des jets d'air entre autres facteurs, des jets d'air dirigés obliquement par rapport au courant d'air comburant auront un effet de freinage ou de propulsion sur le courant d'air comburant à travers l'orifice 16, pour peu qu'il existe une composante de vitesse du courant injec- dans la direction a co-courant ou à contre-courant voulue.

Les paramètres principaux à prendre en considération dans l'application pratique de l'invention comprennent le diamètre de l'ouverture su tuyère des tubes de contrôle du courant, la pression des jets d'air, leur débit volumétrique et leur vitesse, paramètres entre lesquels il existe une inter-relation.

D'une manière génerale, un diamètre de tuyère qui est trop petit peut rendre inefficace le jet d'air, en réduisant à l'excès le déhit volumétrique d'air. De l'autre côté, si l'on utilise des tuyèree excessivement grandes, le débit volumétrique est accru mais la vitesse est réduite, ce qui abaisse l'efficacité du jet d'air. On pent angmenter la vitesse avec une tuyère de grand diamètre en appliquant des pressions d'air plus élevées, mais le débit volumétrique augmenté résultant peut être plus grand qu'on ne le désire, selon ce qui es posé ei-après.

La quantité d'air injectée par les jets d'air n'est pas une cara@tèristique restrictive de l'invention. Une limite supérieure, imposée au débit volumétrique choisi dans la pratique Tour un jet d'air dans un four utilisant de l'air comburant pré-chauffé, par exemple le four régénérateur 10 représenté sur la fig. 1, est constituée par l'effet de refroidissement et, en conséquence, la perte de rendement thermique dans le cas où des quantités excessives d'air non réchauffé sont injectées dans l'air comburant pré-chauffé.En général, le débit volumétrique c'un jet d'air n'a besoin d:'?tre égal qu'à une partie mineure du courant total à travers l'orifice correspondant ou autre passage pour avoir une influence significative sur le débit total et, par conséquent, la température globale du courant d'air comburant pré-chauffé ne s'en trouve guère abaissée.Dans la plupart des cas, le jet d'air non réchauffé nta pas besoin de constituer plus de 10 ,0 du débit d'air comburant pré-chauffé et, de préférence, il n'en constitue pas plus de 4 /o'. Dans les exemples particuliers qui sont décrits plus en détail ciaprès, concernant un four régénérateur de fusion du verre à sept orifices et à inversion de la chauffe, des débits volumétriques des jets d'air correspondant environ à 1,0 à 1,3 ,0 du volume d'air comburant passant à travers l'orifice se sont révélés capables d'assurer un contrôle suffisant du courant.

Des débits encore plus faibles des jets d'air peuvent donner des résultats significatifs. la quantité d'air injectée dépend principalement du degré de contrôle du courant qui est nécessaire dans la chambre de combustion ou l'orifice de formation de la flamme particulier, de la quantité totale d'air comburant traversant l'orifice et de l'apport de combustible à l'orifice, le tout dépendant de la conception globale du four et de ses conditions de fonctionnement. Il va de soi qu'un pré-chauffage de l'air injecté éliminerait le problème du refroidissement de l'air comburant pré-chauffé, permettant de plus grands débits des jets d'air si on le désire.

En général, une vitesse élevée est plus efficace qu'un grand volume et par conséquent, pour une pression donnée, on préfèrera des tuyères de plus petit diamètre. Comme on le comprendra aisément, le diamètre des tuyères et la vitesse des jets d'air sont largement déterminés par l'effet de propulsion ou de freinage qui est nécessaire pour le contrôle du courant dans le four particulier.Dans le cas du four à verre du type décrit ci-dessus, avec un jet d'air agissant dans les conditions de volume préférées qui ont été indiquées ci-dessus, des vitesses du jet d'air de l'ordre d'environ 300 pieds/seconde (91,4 m/s) ou plus peuvent produire une augmentation ou une diminution mesurable du courant d'air comburant à travers un orifice de formation de la flamme dans lequel est établi un débit volumétrique variant de 270 C00 à 300 000 pieds cubiques par heure (7500 à 8400 m3/h) en dehors du jet d'air. Des vitesses plus élevées produiront normalement un contrôle plus marqué, c'està-dire des augmentations ou diminutions plus fortes, une vitesse d'environ 1000 pieds/seconde (304,8 m/s) assurant un contrôle approprié pour une gamme de taux d'arrivée du mélange combustible typique d'un four de fusion du verre à orifices multiples. Outre la vitesse de l'air injecté par le tube de contrôle de courant, le volume de l'air injecté influe aussi sur l'effet de propulsion ou de freinage exercé par le jet d'air les plus grands volumes ayant un plus grand effet que les petits volumes. Toutefois, on évitera de préférence les débits volumétriques excessivement grands, de manière à réduire au minimum l'effet de refroidissement que l'air injecté exerce sur l'air comburant réchauffé qui arrive.Plus précisément, le volume d'air introduit par le jet dXair doit être tel qu'il ne perturbe pas de façon marquée la température de l'air comburant qui passe à travers l'orifice.

Par exemple, si le jet d'air introduit du gaz non réchauffé dans 11 orifice de formation de la flamme et si l'air comburant qui traverse ce orifice est pré-chauffé, comme tel est par exemple le cas dans le four régénérateur 10, il est préférable d'appliquer une vitesse élevée plutôt qu'un grand volume du jet dsair, afin de réduire au minimum l'effet Produit par le jet d'air sur le rendement thermique de l'orifice de formation de la flamme.

L'emplacement du tube de contrôle du courant dans l'ori- fice est également considéré, dans les formes de réalisation des fig. 4 et 5, comme ayant une influence sur le degré de contrôle que l'on peut obtenir avec un jet donné. Plus préci- semant, pour augmenter le courant d'air comburant à travers l'crificr,' en appliquant une vitesse et un volume particuliers d'air injecté, on considère qu'on obtiendra un effet de propulsion plus marqué si le jet d'air pénètre dans le courant d'air comburant plus près de l'ouverture 36 que de la bouche 22 de l'orifice, la situation préférée étant à proximité immédiate de l'ouverture 3f, comme illustre par le tube 52 sur la fig. 4.

Par contre, on considère que pour freiner le courant d'air comburant, il est préférable d'insérer le tube de jet d'air à plus grande distance de l'ouverture 36. Bien que dans ce cas, le tube :34 ait été inséré dans une fente existante pour atténuateur, située entre le quart et la moitié de la distance entre l'ouver- ture 36 et la bouche 22 de l'orifice, comme le montre la fig. 4, on considère que l'effet de freinage serait plus grand si le tube 54 était placé aussi près que possible de la bouche 22, tout en étant quand même en amont (c'est-à-dire à gauche en considérant la fig. 4) de l'injecteur de combustible 18.

Il y a lieu de considérer que des fours qui utilisaient auparavant des modérateurs insérés à travers le plafond 32 ou les parois latérales 30 des orifices peuvent être rapidement transformés en vue de 11 application de la présente invention, par insertion d'un ou de plusieurs tubes de contrôle du courant dans des fentes disponibles pour les modérateurs. les emplacements des modérateurs peuvent être considérés comme appropriés pour la mise en place de tubes de contrôle de courant efficaces. De plus, en faveur de la durabilité des tubes, il est souhaitable de réduire au minimum la longueur de tube en saillie dans l'orifice. Pour cette raison, l'emplacement des tubes doit être choisi en fonction de la forme particulière de l'orifice de formation de la flamme et du trajet de l'air comburant.à travers cet orifice.

Dans la pratique, un tube 54 de contrôle du courant a été inséré à travers la partie horizontale 35 du plafond 32, à peu près au milieu de cette partie 35 en un point situé approximativement au quart de la distance entre l'ouverture 36 et la bouche 22, sa tuyère étant dirigée vers l'arrière en direction de la chambre de surpression 14 pour freiner le courant d'air comburant vers l'orifice à travers l'ouverture 36. Avec un diamètre d'environ 0,27 pouces (0,69 cm) de la lumière de la tuyère, une pression de ligne d'environ 80-100 livres par pouce carré (14 000 à 17 500 N/m2), on a appliqué une vitesse du jet d'air d'environ 1000 pieds/seconde (304,8 m/s) pour freiner le courant d'air comburant à travers l'orifice.L'analyse des gaz d'échappement dans l'orifice opposé de formation de la flamme dans la phase d'échappement a montré une baisse des taux d'oxygène de 4,5 % sans jet d'air de freinage à 3,1 70 avec le jet d'air de freinage, ce qui témoigne d'une réduction mesurable de l'air comburant à travers orifice.

le tableau qui suit présente les résultats obtenus avec un tube de jet d'air inséré dans la paroi d'impact de la chambre de surpression et dirigé vers le troisième orifice (en comptant à partir d de orifice situé le plus près de l'extrémité d'entrée de la charge du four) dans un four régénérateur de fusion du verre à sept orifices et à inversion de la chauffe, dont les orifices étaient espacés d'environ 3 m de centre à centre. me tube 50 était situé au-dessous de la ligne 40 pour faciliter la construction@et incliné vers le haut d'un angle d'environ 50 par rapport à l'horizontale, de telle manière que le jet soit dirigé généralement vers le centre de l'ouverture 36.Dans cette forme de réalisation, le tube 50 était purge en vue de son refroidissement avec une petite quantité d'air comprimé pendant la phase de chauffe dans le sens inverse
le volume total d'air comburant passant à travers l1 orifice 16 a été calculé à l'aide de l'équation suivante, établie empi riquement
A - 10 G (1 + E), dans laquelle
A = Volume total l du courant d'air à travers l'orifice (pieds
cubiques par heure) gT - Volume de l'apport de combustible à l'orifice (pieds cubi
que par heure),
E =Air en excès, déterminé à partir de la teneur mesurée en
oxygène dans les gaz de carneau par la formule suivante
9 X
10 (0,21 - I) (X e'-tsnt la teneur en oxygène des gaz de carneau, mesurée dans
L'orifice situé en face de l'orifice de formarion de la flamme, exprimée en % de O, ans les gaz de carneau et convertie en une fraction décimale)
Dans cet essai pratique, pour augmenter le courant d'air comburant à travers l'orifice, c'ext-à-dire le volume total "A" dans l'équation ci-dessus, en utilisant de l'air sous pression délivré par le tube 50, on a choisi le débit du jet d'air de maniere a réduire la proportion de combustible à zéro dans les gaz d'échappement, d'après les résultats de l'analyse des gaz de carneau
Tableau I
Essai 1 Essai 2 Essai 3
Diamètre de la tuyère de jet 0,27 0,27 0,20 d'air, pouces (mm) (6,8) (6,8) (5,1)
Débit du jet d'air, pieds 3492 3843 3065 cubiques/h (m3/h) (97,8) (107,6) (85,8)
Volume d'air comburant dans 270 600 279 750 287 180 l'orifice, en dehors du jet d'air, (7577) (8281) (8041) pieds cubiques/h (m3/h) (calculé)
Analyse des gaz de carneau sans 0,3 0,3 0,3 - 0,4 jet d'air - ;; de 02
Analyse des gaz de carneau sans 0,4 0,6 - 0,7 0,5 jet d'air - 7o de combustible
Analyse des gaz de carneau avec 1,4 - 1,6 1,2 0,9 jet d'air - 56 de 02
Analyse des gaz de carneau avec 0,0 0,0 0,0 jet d'air - S de combustible
Augmentation du débit d'air 29 770 35 790 24 490 comburant vers l'orifice (pieds (834) (1002) (686) cubiques/h (m3/h)
Comme on le voit d'après le tableau, l'injection d'air par le tube 50 de contrôle du courant à raison d'environ 1,0 à 1,3 % de l'apport total d'air comburant à l'orifice aboutit à une augmentation du courant total d'air comburant d'environ 8 à 12 56, avec une réduction du combustible en excès (combustible non brûlé) d'environ 0,4 56 à près de zéro. Sur cette augmentation, une moyenne d'environ 1 point de fourcentage seulement est attribuable au jet d'air lui-même, le reste étant attribuable à l'entraînement d'air comburant supplémentaire à partir de la chambre de surpression 14 vers l'orifice 16. De manière générale, l'augmentation du courant d'air comburant sera beaucoup plus grande que l'apport volumétrique du jet d'air. Dans un four du type décrit, on estime que dans la plupart des modes opératoires, le courant de jet d'air en lui-même contribue pour moins de 20 ,0 à l'augmentation du courant total d'air à travers l'orifice.

'exemple qui précède a été présenté à des fins d'illustration et il ne limite aucunement l'invention. Il n'y a pas de limites, dans le cadre de l'invention, en ce qui concerne la quantité d'air injectée par les jets d'air. Dans l'exemple qui précède, le jet d'air utilisé correspondait environ à 1,0 1,3 50 de l'air comburant total passant à travers l'orifice, cette proportion étant la meilleure dans la pratique pour l'environnement de cette application. Comme indiqué précédemment, une limite supérieure du débit volumétrique choisi dans la pratique pour un jet d'air dans un four utilisant de l'air comburant pré-chauffé, par exemple dans un four régénérateur, est imposée par 11 effet de refroidissement et, en conséquence, la baisse de rendement thermique lorsque l'air injecté n'est pas réchauffé.

Par ailleurs, bien que l'air ait été utilisé comme gaz injecté dans la description qui précède, l'invention peut être avantageusement mise en pratique en utilisant n'importe quel gaz. ?ar exemple, dans certaines circonstances, il peut etre désirable,par exemple pour élever la température de la flamme, d'ajouter des quantités contrôlées d'oxygène à l'air comburant.

les tubes de contrôle dl courant peuvent autre opportunément 'tilisés, à la fois p3u augmenter rapport dtoxygène et pour modifier le volume du courant d'air comburant à travers l'orifi- ce. Par ailleurs, l'utilisation de tubes séparés de contrôle du courant pour l'augmentation et la diminution de l'air comburant n'est pas nécessaire. Il peut être prévu par exemple un seul tube avec deux tuyères doubles et des soupapes ou avec un dispositif qui fait tourner le tube et/ou la tuyère, pour que le jet puisse être injecté, soit à co-courant, soit à contre-courant par rapport au courant principal.

'a,'tres variantes, concernant par exemple la position des tubes de jet d'air de contrôle du courant ou les dimensions et les débits, peuvent être adoptées sans que l'on s'écarte ;,our autant du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de contrôle du débit de gaz comburant pour un four à combustion dans lequel le gaz comburant traverse une chambre commune de surpression vers plusieurs orifices espacés sur toute la longueur de cette chambre de surpression, puis traverse ces orifices vers une chambre de four, un combustible se combinant au gaz comburant au niveau des orifices, caractérisé en ce qu'un courant de gaz est dirigé vers le courant de gaz comburant au voisinage de l'un au moins des orifices, de manière à modifier la fraction de gaz comburant qui passe à travers cet orifice.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de gaz est dirigé généralement à co-courant par rapport au gaz comburant réchauffé qui passe, afin d'augmenter le débit de gaz comburant réchauffé à travers cet orifice.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant de gaz est dirigé généralement à contre-courant par rapport au gaz comburant réchauffé qui passe, afin de freiner le courant de gaz comburant réchauffé à travers cet orifice.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le gaz comburant réchauffé qui passe à travers l'orifice se déplace à une première vitesse et en ce que le courant dirigé de gaz se déplace à une vitesse plus grande que cette première vitesse.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz comburant réchauffé qui passe à travers l'orifice se déplace à une première vitesse et en ce que le courant dirigé de gaz se déplace à une vitesse plus grande que cette première vitesse.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume de gaz dans le courant dirigé ne dépasse pas 10 ;5 du volume de gaz qui passe à travers l'orifice.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le volume de gaz dans le courant dirigé ne dépasse pas 4 ,0 du volume de gaz comburant qui passe à travers l'orifice.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant dirigée est injecté dans le courant de gaz comburant à l'intérieur de l'orifice.

Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant dirigé est formé d'air.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant dirigé est injecté dans le courant de gaz comburant dans la chambre de surpression au niveau de l'ouverture d'entrée de orifice.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz comburant est réchauffé par passage à travers un régénéra teur avant d'entrer dans la chambre de surpression.

12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz comburant est formé d'air.