FR2704941A1

FR2704941A1 - Method and apparatus for flame heating a vacuum chamber

Info

Publication number: FR2704941A1
Application number: FR9305243A
Authority: FR
Inventors: Chaussonet Pierre
Original assignee: THERMOLYSE STE FRANCAISE
Current assignee: THERMOLYSE STE FRANCAISE
Priority date: 1993-05-03
Filing date: 1993-05-03
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2013-05-03
Also published as: ES2071596T1; DE623797T1; WO1994025814A1; CA2161894A1; EP0623797A1; JPH08509542A; GR950300003T1; FR2704941B1

Abstract

Un procédé pour le chauffage en dépression d'une masse (10) selon lequel on place cette masse dans une chambre de chauffe (3) fermée, et on connecte (5) une première zone de paroi de cette chambre de chauffe à une source d'aspiration (6), caractérisé en ce que, à distance de cette première zone de paroi (3A), on conforme une seconde zone de paroi (13) en une grille ou plaque perforée ayant des orifices de taille inférieure à 3 mm environ, et en ce qu'on génère des flammes (19) léchant cette grille ou plaque perforée à l'opposé de cette chambre de chauffe. L'invention s'applique par exemple au chauffage des chambres isolées d'un système de traitement par thermolyse.A method for the heating in depression of a mass (10) according to which this mass is placed in a closed heating chamber (3), and a first wall zone of this heating chamber is connected (5) to a source of suction (6), characterized in that, at a distance from this first wall zone (3A), a second wall zone (13) is formed into a grid or perforated plate having orifices of size less than approximately 3 mm, and in that flames (19) are generated licking this grid or perforated plate opposite this heating chamber. The invention applies, for example, to the heating of isolated rooms of a thermolysis treatment system.

Description

La présente invention concerne le chauffage par flammes d'une enceinteThe present invention relates to the flame heating of an enclosure

close maintenue en dépression par un système d'aspiration en vue de chauffer de façon homogène une close maintained under vacuum by a suction system to homogeneously heat a

masse solide ou liquide à une température moyenne - typique- solid or liquid mass at an average temperature - typically

ment de l'ordre de 600 C -, sans contact de cette masse avec les flammes de combustion, en maximisant le transfert thermique depuis les flammes vers la masse, par convection, conduction et rayonnement, une éventuelle décomposition thermique de la masse étant favorisée par l'évacuation des 600 C, without contact of this mass with the combustion flames, maximizing the thermal transfer from the flames to the mass, by convection, conduction and radiation, a possible thermal decomposition of the mass being favored by evacuation

gaz produits par le système d'aspiration. gases produced by the suction system.

L'invention s'applique notamment, mais pas exclusivement, au chauffage des chambres isolées d'un système de traitement par thermolyse, tel notamment que décrit dans The invention applies in particular, but not exclusively, to the heating of the isolated chambers of a thermolysis treatment system, such as that described in

le document WO 92/16599.WO 92/16599.

Traditionnellement, les procédés de chauffage mettent en oeuvre des cources énergétiques telles que des gaz (gaz naturel, propane, gaz pauvre...), l'électricité (chauffage par résistances) ou des combustibles liquides Traditionally, heating processes use energetic currents such as gases (natural gas, propane, lean gas ...), electricity (heating by resistors) or liquid fuels.

(fuel lourd par exemple). Ces procédés privilégient générale- (heavy fuel oil for example). These processes generally favor

ment l'un des modes de transfert d'énergie que sont la convection, la conduction ou le rayonnement, ce qui réduit notablement le rendement énergétique de l'installation. A titre d'exemple, on citera: one of the energy transfer modes of convection, conduction or radiation, which significantly reduces the energy efficiency of the installation. For example, we will mention:

- chauffage par résistance: rayonnement essen- - resistance heating: essential radiation

tiellement, avec peu de convection dans une enceinte en dépression, chauffage par brûleur gaz ou fuel: répartition de la chaleur aléatoire, possibilité de contact flamme-masse tially, with little convection in a vacuum enclosure, heating by gas or fuel burner: random heat distribution, possibility of flame-mass contact

à chauffer, possibilité de création de point chaud ou de point froid. to heat, possibility of creation of hot spot or cold spot.

De plus et dans le but d'obtenir un chauffage homogène, on utilise dans certains cas des systèmes mécani- ques complexes (four tournant par exemple) dont la fiabilité et la longueur souffrent des températures importantes. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour un chauffage d'une masse solide ou liquide, qui soit à haut rendement énergétique et qui satisfasse aux conditions suivantes: - pas de contact direct de la flamme (elle est par exemple à température moyenne de 1300 C) avec la masse à chauffer, - contribution optimale des trois modes de transfert thermique que sont le rayonnement, la conduction et la convection, - maintien de l'enceinte chauffée en dépression (pression inférieure à 900 mbar) permettant une évacuation de tous les gaz présents dans le système, - possibilité de contrôle de la trajectoire des gaz dans la chambre de chauffe par création de lignes de flux préférentielles et par là-même possibilité de contrôle du In addition, and in order to achieve homogeneous heating, in some cases complex mechanical systems (rotary kiln for example) are used whose reliability and length suffer from high temperatures. The invention relates to a method and a device for heating a solid or liquid mass, which is energy efficient and satisfies the following conditions: - no direct contact with the flame (it is for example at a temperature average of 1300 C) with the mass to be heated, - optimal contribution of the three modes of heat transfer which are the radiation, the conduction and the convection, - maintaining the heated enclosure in depression (pressure lower than 900 mbar) allowing an evacuation of all the gases present in the system, - possibility of controlling the trajectory of the gases in the heating chamber by creating preferential flow lines and thereby the possibility of controlling the

phénomène convectif.convective phenomenon.

L'invention propose à cet effet un procédé pour le chauffage en dépression d'une masse selon lequel on place cette masse dans une chambre de chauffe fermée, et on connecte une première zone de paroi de cette chambre de chauffe à une source d'aspiration, caractérisé en ce que, à distance de cette première zone de paroi, on conforme une seconde zone de paroi en une grille ou plaque perforée ayant des orifices de taille inférieure à 3 mm environ, et en ce qu'on génère des flammes léchant cette grille ou plaque To this end, the invention proposes a method for heating a mass in depression in which this mass is placed in a closed heating chamber, and a first wall zone of this heating chamber is connected to a suction source. , characterized in that, at a distance from this first wall zone, a second wall zone is formed into a perforated grid or plate having orifices less than about 3 mm in size, and in that flames are generated which leach this grid or plate

perforée à l'opposé de cette chambre de chauffe. perforated opposite this heating chamber.

Selon des dispositions préférées de l'invention, éventuellement combinées: - on place cette masse sur un support ouvert à sa partie supérieure, et on choisit cette seconde zone de paroi à la partie supérieure de la chambre de chauffe, - cette première zone de paroi est choisie à la partie inférieure de la chambre de chauffe, - on dispose la masse à traiter sur un support au moins en partie perforé, - on dispose ladite masse à traiter sensiblement entre les première et seconde zones de paroi, - on génère ces flammes dans une chambre de combustion fermée, dont une zone de paroi est constituée par cette grille ou plaque perforée.15 L'invention propose également un dispositif pour le chauffage en dépression d'une masse, comportant une chambre de chauffe fermée contenant la masse, une source d'aspiration connectée à une première zone de paroi de cette chambre de chauffe, et une source de chaleur, caractérisé en ce que cette source de chaleur comporte une grille ou plaque perforée constituant une seconde zone de paroi et ayant des orifices de taille inférieure à 3 mm, et au moins un brûleur disposé derrière cette grille ou plaque perforée à l'oppose According to preferred arrangements of the invention, possibly combined: - this mass is placed on a support open at its upper part, and this second wall zone is chosen at the upper part of the heating chamber, - this first wall zone is chosen at the lower part of the heating chamber, - the mass to be treated is arranged on a support at least partially perforated, - it has said mass to be treated substantially between the first and second wall zones, - these flames are generated in a closed combustion chamber, a wall zone of which is constituted by this grid or perforated plate. The invention also proposes a device for heating in depression of a mass, comprising a closed heating chamber containing the mass, a suction source connected to a first wall zone of this heating chamber, and a heat source, characterized in that this heat source comprises a grid or perforated plate constituting a second wall zone and having orifices less than 3 mm in size, and at least one burner disposed behind this perforated grid or plate at the opposite

de la chambre de chauffe.of the heating chamber.

Selon d'autres dispositions préférées, éventuel- According to other preferred provisions,

lement combinées: - la chambre de chauffe comporte, pour la masse, un support ouvert à sa partie supérieure, cette grille étant située en une zone de plafond de la chambre de chauffe, - la première zone de paroi est une zone de plancher de la chambre de chauffe, - la chambre de chauffe comporte, pour la masse, un support au moins en partie perforé, - la chambre de chauffe comporte, pour la masse, un support sensiblement disposé entre la première zone de paroi et la grille ou plaque perforée, il comporte une enceinte coupée en deux par ladite grille ou plaque perforée en ladite chambre de chauffe, et une chambre de combustion dans laquelle débouchent les brûleurs, - cette chambre de chauffe comporte au moins une partie étanche transversale. On appréciera que l'invention fait intervenir une grille qui a une triple fonction puisque, à la fois, elle arrête les flammes (empêchant que ces flammes la traversent), elle homogénéise le transfert thermique (elle prélève de10 l'énergie aux flammes et aux fumées, elle homogénéise sa température par conduction et émet dans son ensemble de l'énergie par radiation) tout en permettant le maintien en dépression de la chambre o se trouve la masse (grâce à la - the heating chamber has, for the mass, a support open at its upper part, this grid being located in a ceiling zone of the heating chamber, the first wall zone is a floor zone of the heating chamber, - the heating chamber comprises, for the mass, a support at least partially perforated, - the heating chamber comprises, for the mass, a support substantially disposed between the first wall zone and the perforated grid or plate it comprises an enclosure cut in two by said grid or perforated plate in said heating chamber, and a combustion chamber in which the burners open, - this heating chamber comprises at least one transverse sealed portion. It will be appreciated that the invention involves a grid which has a triple function since, at the same time, it stops the flames (preventing these flames from passing through it), it homogenizes the heat transfer (it takes energy from the flames and fires). fumes, it homogenizes its temperature by conduction and emits as a whole energy by radiation) while allowing the maintenance in depression of the chamber where the mass is (thanks to the

perte de charge qu'elle induit dans l'écoulement des fumées). loss of charge that it induces in the flow of fumes).

On appréciera que la grille joue d'autant mieux We will appreciate that the grid plays all the better

ces rôles que ses orifices sont petits. these roles that his orifices are small.

Des objets, caractéristiques et avantages de Objects, features and benefits of

l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à the invention is apparent from the description which follows, given in

titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin annexé sur lequel la figure 1 est le schéma d'une forme préférée de réalisation d'une installation de chauffage conforme à l'invention. Une enceinte 1 ici parallélépipédique, munie d'une porte basculante 11, de préférence transversale, permettant l'introduction d'une masse ici solide 10, confine As a non-limiting example, with reference to the accompanying drawing in which Figure 1 is a diagram of a preferred embodiment of a heating system according to the invention. An enclosure 1 here parallelepiped, provided with a tilting door 11, preferably transverse, allowing the introduction of a mass here solid 10, confines

une chambre de combustion 2 et une chambre de chauffage 3. a combustion chamber 2 and a heating chamber 3.

Les chambres 2 et 3 sont séparées par une grille ou plaque perforée 13 avantageusement horizontale; la chambre de combustion est de préférence au dessus de la chambre de The chambers 2 and 3 are separated by a perforated grid or plate 13 advantageously horizontal; the combustion chamber is preferably above the chamber of

chauffage.heating.

L'ensemble enceinte 1 et porte 11 est calorifugé The enclosure 1 and door 11 is insulated

pour limiter les déperditions calorifiques. to limit heat loss.

La chambre de combustion 2 est munie dans sa partie supérieure de brûleurs à gaz 12 alimentés en gaz (par exemple propane ou gaz naturel) par une conduite 8 et en comburant (air ou oxygène) par une conduite 9. Des flammes 14 se développent dans la chambre 2 qui peuvent, suivant la configuration choisie, venir lécher la grille 13. Cette grille ou plaque perforée comporte des petits trous (diamètre des trous inférieur typiquement à 2 mm) de façon à ce que les flammes 14 ne puissent pas traverser la grille pour atteindre la chambre 3, mais tout en permettant le passage dans la The combustion chamber 2 is provided in its upper part with gas burners 12 supplied with gas (for example propane or natural gas) through a pipe 8 and oxidant (air or oxygen) through a pipe 9. Flames 14 develop in the chamber 2 which may, depending on the configuration chosen, come lick the grid 13. This perforated grid or plate has small holes (diameter of the holes typically less than 2 mm) so that the flames 14 can not cross the grid to reach room 3, but while allowing passage into the

chambre 3 des gaz de combustion.chamber 3 combustion gases.

La chambre de chauffage 3 est munie dans sa partie inférieure d'un berceau 4 comportant un plan de support de préférence constitué d'une grille perforée (diamètre des trous de 4 mm environ) et muni de pieds, destiné à supporter une masse 10 à chauffer et permettant, de préférence, le passage des gaz. Cette chambre 3 est munie dans sa partie inférieure de conduites d'aspiration 5 uniformément réparties sur le plancher 3A de la chambre, au travers desquelles un système d'aspiration 6 (une pompe à vide par exemple) aspire les gaz de combustion et les éventuels gaz produits par une quelconque transformation de masse pour les évacuer par une conduite 7. Ce dispositif d'aspiration provoque une mise en dépression (300 mbar par exemple) de la chambre de chauffe 3 et dans une moindre The heating chamber 3 is provided in its lower part with a cradle 4 having a support plane preferably consisting of a perforated grid (diameter of the holes of 4 mm approximately) and provided with feet, intended to support a mass 10 to heat and preferably allowing the passage of gases. This chamber 3 is provided in its lower part with suction pipes 5 uniformly distributed on the floor 3A of the chamber, through which a suction system 6 (a vacuum pump for example) sucks the combustion gases and the possible gases produced by any mass transformation to evacuate through a pipe 7. This suction device causes a depression (300 mbar for example) of the heating chamber 3 and to a lesser extent

mesure de la chambre de combustion 2 (typiquement 450 mbar). measuring the combustion chamber 2 (typically 450 mbar).

On appréciera dans cette installation la mise en jeu concourante de l'ensemble des modes de transfert d'énergie: - rayonnement direct sur la masse depuis la grille 13 (dont la température peut atteindre 900 C) puisque le berceau est ouvert vers le haut et que la grille surplombe la masse, - conduction par l'intermédiaire des fumées de combustion dont la circulation est forcée sur la répartition des prises d'aspiration 5 et qui se fait avantageusement au travers de la masse grâce notamment aux perforations du berceau. L'enceinte 1 est par exemple la chambre de We will appreciate in this installation the concurrent implementation of all modes of energy transfer: - direct radiation on the mass from the grid 13 (whose temperature can reach 900 C) since the cradle is open upwards and that the grid overhangs the mass, - conduction through the combustion fumes whose circulation is forced on the distribution of the suction ports 5 and which is advantageously through the mass thanks in particular to the perforations of the cradle. The enclosure 1 is for example the chamber of

thermolyse, voire la chambre de déshydratation d'une instal- thermolysis, or even the dehydration chamber of a

lation de thermolyse conforme au document WO-92/16599, auquel cas l'enceinte comporte de préférence deux portes, et le berceau est un chariot mobile dont le fond et/ou les parois sont avantageusement poreuses.5 A titre d'exemple, l'installation de la figure 1 a les particularités suivantes: - nature: acier réfractaire 25 ni-20 Cr épaisseur: 10 mm - longueur: 2000 mm - hauteur sous la plaque perforée: 600 mm - hauteur au dessus de la plaque perforée: 200 mm - largeur: 1500 mm - nombre de brûleurs: 4 - combustible: propane - débit de combustible: 1,5 m3/h - carburant: air - débit de carburant 30 m3/h - nature de la plaque perforée: acier réfractaire 25 Ni-20 Cr - épaisseur de la plaque perforée: 15 mm - diamètre des trous: 0,8 mm - taille des mailles (carrées): 4 mm - débit d'aspiration: 0,1 m3/s - nombre de buses d'aspiration: 6 - masse à chauffer: 100 kg thermolysis according to WO-92/16599, in which case the enclosure preferably comprises two doors, and the cradle is a mobile carriage whose bottom and / or walls are advantageously porous. The installation of Figure 1 has the following features: - nature: 25 ni-20 Cr refractory steel thickness: 10 mm - length: 2000 mm - height under the perforated plate: 600 mm - height above the perforated plate: 200 mm - width: 1500 mm - number of burners: 4 - fuel: propane - fuel flow: 1.5 m3 / h - fuel: air - fuel flow 30 m3 / h - nature of the perforated plate: refractory steel 25 Ni 20 Cr - perforated plate thickness: 15 mm - hole diameter: 0.8 mm - mesh size (square): 4 mm - suction flow rate: 0.1 m3 / s - number of suction nozzles: 6 - mass to be heated: 100 kg

Il va de soi que la description qui précède n'a It goes without saying that the foregoing description has

été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi par exemple, les orifices peuvent être distribués uniformément suivant une maille hexagonale. En principe le rapport de la surface globale des trous à la surface totale de la grille ou plaque perforée est sensiblement à 50 %, typiquement inférieur même has been proposed as a non-limiting example and that many variations can be proposed by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. For example, the orifices may be uniformly distributed in a hexagonal mesh. In principle the ratio of the overall surface of the holes to the total surface of the perforated plate or grid is substantially 50%, typically even lower than

à 10-20 %.at 10-20%.

Claims

1. Process for the vacuum heating of a mass (10) according to which this mass is placed in a chamber

closed (3), and (5) a first wall zone 5 of this heating chamber is connected to a source of suction.

characterized in that, at a distance from said first wall area (3A), a second wall area (13) is formed into a perforated grid or plate having apertures of less than about 3 mm in size, and in that flames (19) are generated licking this perforated grid or plate at

the opposite of this heating chamber.

2. Method according to claim 1, characterized in that it places this mass (10) on a support (4) open at its upper part, and one chooses this second zone of

wall at the top of the heating chamber.

3. Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that this first wall zone (3A) is chosen at the bottom of the chamber

heating.

4. Process according to any one of the claims

1 to 3, characterized in that the mass is

treating on a support (4) at least partially perforated.

5. Process according to any one of the claims

1 to 4, characterized in that said mass to be treated substantially disposed between the first and second wall areas.

6. Process according to any one of the claims

1 to 5, characterized in that these flames are generated in a closed combustion chamber, a wall zone of which is

constituted by this grid or perforated plate.

7. Device for the vacuum heating of a mass (10), comprising a closed heating chamber (3) containing the mass, a suction source (6) connected to a first wall zone (3A) of this chamber for heating, and a heat source, characterized in that said heat source comprises a perforated grid or plate (13) constituting a second wall zone and having

orifices less than 3 mm in size, and at least one burner disposed behind this perforated grid or plate opposite the heating chamber.

8. Device according to claim 7, characterized

in that the heating chamber comprises, for the mass, a support (4) open at its upper part, this grid

being located in a ceiling zone of the heating chamber.

9. Device according to claim 7 or

claim 8, characterized in that the first wall zone is a floor zone of the heating chamber.

10. Device according to any one of

Claims 7 to 9, characterized in that the chamber of

heating means comprises, for the mass, a support (4) at least

perforated part.

11. Device according to any one of

Claims 7 to 10, characterized in that the chamber of

heating means comprises, for the mass, a support (4) substantially arranged between the first wall zone and the grid or

perforated plate.

12. Device according to any one of

Claims 7 to 11, characterized in that it comprises a

enclosure (1) cut in half by said grid or perforated plate in said heating chamber, and a chamber of

combustion in which the burners open.

13. Device according to any one of

Claims 7 to 12, characterized in that this chamber of

heater comprises at least one transverse sealed portion (11).