FR2468850A1 - Direct heating of large vol. of liq. by burner flame - to obtain high thermal efficiency, esp. when liq. is used for surface treatment of metals - Google Patents
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Abstract
Description
Objet de l'invention.Object of the invention.
L'invention concerne un procédé de réchauffage d'une quantité importante de liquide, par exemple, celle d'une installation de traitement de surfaces métalliques, notamment un bain ou un dispositif d'arrose où le produit est réchauffé et recyclé, ledit réchauffage s'effectuant à l'aide d'un brûleur. Elle concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre ledit procédé. The invention relates to a process for reheating a large quantity of liquid, for example that of an installation for treating metal surfaces, in particular a bath or a sprinkler device where the product is reheated and recycled, said reheating s '' using a burner. It also relates to the device making it possible to implement said method.
Problème posé.Problem.
Le réchauffage d'une grande quantité de liquide situé dans une installation de traitement quelconque ou même simplement dune-grande quantité d'eau, se rencontre très fréquemment. Il faut le résoudre avec économie dun maximum de combustible et sans altérer les caractéristiques physico-chimiques du liquide de traitement en question. The reheating of a large quantity of liquid located in any treatment installation or even simply of a large quantity of water is very frequently encountered. It must be resolved with economy of a maximum of fuel and without altering the physico-chemical characteristics of the treatment liquid in question.
Etat de la technique actuelle et inconvénients.State of the art and disadvantages.
Le procédé le plus courant utilisé est illustré à la figure l des dessins joints au présent mémoire. Pour réchauffer le bac contenant une quantité importante de liquide d'une installation 1, on utilise fréquemment une chaudière 2 possédant une chambre de combustion 3 dans laquelle se développe la flamme d1un bruleur 4 qui réchauffe un faisceau tubulaire 5, combustion qui produit des fumées qui sont évacuées dans la cheminée en 6. Le faisceau tubulaire 5 est alimenté en eau par la conduite 7 et il en ressort dans la conduite 8 soit de l'eau chaude, soit de la vapeur qui est dirigée dans le serpentin 9 disposé au fond du bac l.Les règles de lwéconomie en thermodynamique exigeraient que la conduite de sortie du serpentin soit reliée à la conduite d'entrée 7 du faisceau tubulaire 5 malheureusement il arrive fréquemment que l'eau condensée est rejetée à l'égout en il. The most common method used is illustrated in Figure 1 of the drawings attached to this specification. To heat the tank containing a large quantity of liquid from an installation 1, a boiler 2 is frequently used which has a combustion chamber 3 in which the flame of a burner 4 develops which heats a tube bundle 5, combustion which produces fumes which are evacuated in the chimney at 6. The tubular bundle 5 is supplied with water by the pipe 7 and there comes out in the pipe 8 either hot water or steam which is directed into the coil 9 disposed at the bottom of the bac 1. The rules of economics in thermodynamics would require that the outlet pipe of the coil be connected to the inlet pipe 7 of the tube bundle 5 unfortunately it frequently happens that the condensed water is discharged into the sewer in it.
Cette disposition a évidemment un rendement thermique. désastreux, d'autant plus qu'il se produit de très importants entartrages externes du serpentin 9, que l'on a essayé d'améliorer de différentes manières. This arrangement obviously has a thermal efficiency. disastrous, especially since there is very large external scaling of the coil 9, which we have tried to improve in different ways.
Par exemple, on peut disposer le faisceau tubulaire 5 directement dans le bac 1. Cependant cela ntest pas toujours possible car les dépits qui se produisent sur ltextérieur du faisceau tubulaire sont d'autant plus importants que la température est élevée. De plus cette disposition peut provoquer une hétérogénéité des températures à l'intérieur du bac. For example, it is possible to arrange the tube bundle 5 directly in the tank 1. However, this is not always possible since the loads which occur on the inside of the tube bundle are all the greater the higher the temperature. In addition, this arrangement can cause heterogeneity of temperatures inside the tank.
La recherche des rendements élevés aboutit à la suppression de tout échangeur par la technique des bruleurs à combustion au sein meme du liquide. Toutefois cette technique entraîne au plus haut point l'inconvénient qui vient d'être cité, à savoir qu'il existe une température ponctuelle élevée en certains points du bain et on aboutit à des.hétérogdnéités de température inacceptables. Par exemple, dans le cas de bain de phosphatation, il faut chercher à obtenir la température la plus régulière et uniforme possible qui se situe dans une fourchette de 55 à 60". De plus, l'emploi de tels brûleurs dans de tels bains provoque des précipitations de certains sels qui sont intolérables. The search for high yields results in the elimination of any exchanger by the technique of combustion burners within the liquid itself. However, this technique gives rise to the greatest disadvantage which has just been mentioned, namely that there is a high point temperature at certain points in the bath and this leads to unacceptable temperature heterogeneities. For example, in the case of a phosphating bath, it is necessary to seek to obtain the most regular and uniform temperature possible which is within a range of 55 to 60 ". In addition, the use of such burners in such baths causes precipitation of certain salts which are intolerable.
On a essayé de remédier à ces derniers inconvénients en entourant la flamme de buses perforées. On a alors constaté des bouchages de perforation par les sels des bains, bouchages qui ont rapidement modifié les condi tions de fonctionnement du brûleur. We have tried to remedy these last drawbacks by surrounding the flame with perforated nozzles. It was then observed that there were blockages of perforation by the salts of the baths, blockages which quickly changed the operating conditions of the burner.
On a encore essayé d'utiliser des brûleurs au-dessus du bain de liquide, brûleur dont la flamme est entourée d'une gaine à l'intérieur de laquelle on introduit le liquide à réchauffer qui retombe dans le bain. We have also tried to use burners above the liquid bath, burner whose flame is surrounded by a sheath inside which is introduced the liquid to be heated which falls back into the bath.
Dans ce cas aussi, on aboutit à des gradients de température intolérables dans le bain et à des dépôts inacceptables dans le bruleur. De plus, ce genre de brûleur exige un excès d'air important allant jusque 80 % qui provoque ltoxydation des produits et aggrave les dépôts constatés.In this case too, the result is intolerable temperature gradients in the bath and unacceptable deposits in the burner. In addition, this kind of burner requires a significant excess of air of up to 80% which causes the oxidation of the products and aggravates the deposits observed.
La présente invention est destinée à remédier à ces divers inconvénients. The present invention is intended to remedy these various drawbacks.
Brève description de l'invention.Brief description of the invention.
Le procédé de l'invention est caractérisé principalement par le fait que le liquide de l'installation est dérivé, à débit élevé, dans un bac relai où ledit liquide est maintenu à niveau constant et où est disposé un brûleur à axe vertical à gaz de combustion immergés. Plus précisément, le liquide dans le bac relai est renouvelé environ cent fois par heure, sa température est peu augmentée, de l'ordre de 50C par exemple, et des moyens sont prévus pour éviter ltentrainement de gaz de combustion par le liquide à réchauffer. The process of the invention is mainly characterized by the fact that the liquid of the installation is derived, at high flow rate, in a relay tank where said liquid is kept at constant level and where a burner with vertical axis with gas of submerged combustion. More specifically, the liquid in the relay tank is renewed about a hundred times per hour, its temperature is slightly increased, of the order of 50C for example, and means are provided to avoid ltententation of combustion gases by the liquid to be heated.
Le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel qu'il vient d'être défini est caractérisé par un bac relai dont la partie inférieure est conçue pour contenir le liquide à réchauffer à un niveau constant tout en permettant à ce liquide d'y couler à grande vitesse, dont la partie supérieure est fermée pour contenir les gaz de combustion à évacuer sauf - à la partie supérieure d'un dôme, comportant une évacuation des fumées, - à l'endroit du passage d'au moins un brûleur à axe vertical dont le tube foyer plonge dans le liquide, ledit bac comportant un moyen de captage de gaz de combustion du brûleur qui est prévu à proximité de celui-ci pour diriger ces gaz vers la partie supérieure dudit bac. The device for implementing the method as just defined is characterized by a relay tank, the lower part of which is designed to contain the liquid to be heated to a constant level while allowing this liquid to flow therein. at high speed, the upper part of which is closed to contain the combustion gases to be evacuated except - at the upper part of a dome, comprising a smoke evacuation, - at the location of the passage of at least one axis burner vertical whose hearth tube plunges into the liquid, said tank comprising means for capturing combustion gas from the burner which is provided near the latter to direct these gases towards the upper part of said tank.
Suivant une forme préférée de réalisation, le tube foyer du brûleur plonge d'une trentaine de centimètres dans le liquide et est entouré d'une jupe cylindrique descendant un peu plus bas et percée de trous dans sa partie supérieure, située au-dessus du niveau du liquide, ledit brûleur étant alimenté en combustible et en comburant à une pression et un débit-suffisant pour former la flamme
jusqu'à une zone située sous le nez du brûleur et pousser les gaz de combustion sous la jupe sans, cependant, provoquer dtentrainement de fumée par le liquide à réchauffer.According to a preferred embodiment, the burner hearth tube plunges about thirty centimeters into the liquid and is surrounded by a cylindrical skirt descending a little lower and pierced with holes in its upper part, located above the level liquid, said burner being supplied with fuel and by combustion at a pressure and a flow rate-sufficient to form the flame
to an area under the burner nose and push the combustion gases under the skirt without, however, causing smoke to be generated by the liquid to be heated.
Suivant une forme préférée de réalisation, le niveau constant dans le bac est assuré par une cloison verticale élevée depuis le fond et fixée, de façon étanche, aux côtés du bac pour assurer le déversement du liquide au-dessus de son bord supérieur rectiligne et horizontal. According to a preferred embodiment, the constant level in the tank is ensured by a vertical partition raised from the bottom and fixed, in a sealed manner, to the sides of the tank to ensure the pouring of the liquid above its rectilinear and horizontal upper edge. .
Enfin, le dispositif est caractérisé par la combinaison d'un bac relai, tel que défini ci-dessus avec un circuit de liaison de l'appareil de traitement, ledit circuit comprenant une pompe d'alimentation du bac relai et un écoulement gravitaire ou une pompe de reprise du bac relai vers l'appareil de traitement, les débits des deux pompes étant régulés pour assurer le niveau constant dans le bac relai. Finally, the device is characterized by the combination of a relay tank, as defined above with a circuit for connecting the treatment device, said circuit comprising a supply pump for the relay tank and a gravity flow or a relay tank recovery pump to the treatment unit, the flow rates of the two pumps being regulated to ensure the constant level in the relay tank.
Résultat avantameux. Advantageous result.
, Ltinstallation de l'invention, sa maintenance et son exploitation sont beaucoup plus simples et économiques que celles d'une chaudière dès les frais d'établissement. The installation of the invention, its maintenance and its operation are much simpler and more economical than that of a boiler from the start-up costs.
Par ailleurs, ce qui est le plus important) c'est que le rendement thermique s'approche du maximum possible (de l'ordre de 96 ss sur Pci) sans toutefois les inconvénients des dépôts et des détériorations des bains tels qu'ils ont été signalés ci-dessus.Furthermore, what is most important) is that the thermal efficiency approaches the maximum possible (of the order of 96 ss on Pci) without however the drawbacks of deposits and deterioration of the baths as they have have been reported above.
Il faut aussi signaler que la jupe concentre le bouillonnement des fumées dans une zone limitée autour du brûleur et évite le contact prolongé des gaz de combustion avec le liquide. On contrôle donc la durée de contact de ces gaz avec le bain ce qui permet d'en limiter loxy- dation. Cette jupe évite aussi ltentraSnement des bulles de gaz dans le circuit. It should also be noted that the skirt concentrates the boiling of the fumes in a limited area around the burner and avoids prolonged contact of the combustion gases with the liquid. The duration of contact of these gases with the bath is therefore controlled, which makes it possible to limit oxidation. This skirt also avoids entrainment of gas bubbles in the circuit.
Dans un même bac relai, on peut dgailleurs disposer plusieurs brûleurs avec la jupe et augmenter les puissances calorifiques. In the same relay tray, you can also place several burners with the skirt and increase the heat output.
De même on peut prévoir en parallèle plusieurs bacs relais réchauffant un même bain ou une même installation. Cette dernière disposition permet d'ailleurs, si on le désire, d'adopter des températures légèrement différentes le long dun grand bac d'une même installation. Likewise, several relay tanks can be provided in parallel, heating the same bath or the same installation. This latter arrangement also makes it possible, if desired, to adopt slightly different temperatures along a large tank of the same installation.
Il faut encore signaler la facilité d'adaptation d'un tel bac relai sur toutes les chaînes de traitement de surfaces ou autres installations existantes ainsi que l'élimination de la cristallisation des produits de traitement du bain susceptible de former des boues qui ont la fâcheuse tendance de se solidifier dans la zone
de chauffage du produit. I1 en résulte des économies appré
ciables dans l'entretien des installations.It should also be noted the ease of adaptation of such a relay tank on all surface treatment chains or other existing installations as well as the elimination of the crystallization of bath treatment products liable to form annoying sludges. tendency to solidify in the area
product heating. This results in savings
targets in the maintenance of installations.
L'invention sera mieux comprise à l'aide-de
la description suivante qui en donne un exemple non limi
tatif de réalisation pratique et qui est illustré par le
dessin joint.The invention will be better understood using
the following description which gives an unlimited example
tative of practical realization and which is illustrated by the
attached drawing.
Brève description des dessins.Brief description of the drawings.
Dans ces dessins
La figure 1, représente, comme on l'a vu ci-des
sus, le schéma simplifié d'une installation classique.In these drawings
Figure 1 shows, as we have seen below
above, the simplified diagram of a conventional installation.
La figure 2 représente le schéma simplifié
d'une installation suivant l'invention.Figure 2 shows the simplified diagram
of an installation according to the invention.
La figure 3 est une coupe verticale du bac
relai du dispositif de l'invention.Figure 3 is a vertical section of the tank
relay of the device of the invention.
Description d'un mode préféré de réalisation de l'invention. Description of a preferred embodiment of the invention.
Le dispositif de l'invention comprend l'lnstal-
lation ou bac de traitement 12 contenant le liquide de
traitement, d'une part, et le bac relai 13, d'autre part.The device of the invention comprises the lnstal-
lation or treatment tank 12 containing the
treatment, on the one hand, and the relay tray 13, on the other hand.
Le liquide de traitement circule entre le bac de traitement
12 et.le bac relai 13 par une conduite 16 à l'aide d'une
pompe 17. I1 circule entre le bac relai 13 et le bac de
traitement 12 par une conduite 14 qui constitue un écoule
ment gravitaire, ou peut etre pourvue d'une pompe 15.The treatment liquid circulates between the treatment tank
12 et.le bac relay 13 by a pipe 16 using a
pump 17. I1 circulates between the relay tank 13 and the
treatment 12 by a pipe 14 which constitutes a flow
gravity, or can be fitted with a pump 15.
En se reportant à la figure 3, qui représente
en détail le bac relai, on voit que la conduite 16 abou
tit à l'entrée 18 et que la conduite 14 part de la sortie
19. Les flèches 20 et 21 matérialisent le sens de circu
lation du liquide.Referring to Figure 3, which represents
in detail the relay tank, we see that the pipe 16 abou
tit at entry 18 and that line 14 leaves the exit
19. The arrows 20 and 21 indicate the direction of circulation
lation of the liquid.
Le bac relai 13 présente une cloison verticale 22 élevée depuis le fond 23 du bac i3 et fixée, de façon étanche, aux côtés dudit bac 13. Le bord supérieur 24 de la cloison 22 est rectiligne et horizontal de façon que le liquide à l'intérieur du bac 13 se maintienne au niveau constant 25 en se déversant au-dessus dudit bord à condition, évidemment, que la conduite gravitaire 14 (ou la pompe 15) écoule convenablement le liquide qui se trouve à la partie gauche de la cloison 22 telle qu'elle est représentée à la figure 3. Pour cela, il existe une régulation des débits et des pompes 15 et 17 pour que le niveau 26 du liquide à gauche de la cloison 22 soit toujours inférieur au niveau 25, ledit niveau 25 étant toujours le même que celui du bord 24 de la cloison 22. The relay tray 13 has a vertical partition 22 raised from the bottom 23 of the tray i3 and fixed, in leaktight manner, to the sides of said tray 13. The upper edge 24 of the partition 22 is rectilinear and horizontal so that the liquid at the inside of the tank 13 is kept at constant level 25 by spilling over said edge provided, of course, that the gravity pipe 14 (or the pump 15) drains the liquid which is found on the left part of the partition 22 properly, as that it is represented in FIG. 3. For this, there is a regulation of the flow rates and of the pumps 15 and 17 so that the level 26 of the liquid to the left of the partition 22 is always lower than the level 25, said level 25 always being the same as that of the edge 24 of the partition 22.
Une particularité importante de l'invention réside dans le fait que le débit des pompes 15 et 17 est relativement élevé. Ce débit est tel que le volume de liquide dans le bac 13 est renouvelé environ 100 fois par heure. An important feature of the invention lies in the fact that the flow rate of the pumps 15 and 17 is relatively high. This flow is such that the volume of liquid in the tank 13 is renewed approximately 100 times per hour.
Le bac 13 est fermé à sa partie supérieure et il comporte un dôme 27 surmonté d'un conduit de régulation des fumées 28. The tank 13 is closed at its upper part and has a dome 27 surmounted by a smoke regulation duct 28.
I1 comporte aussi un brûleur 29 dont l'utilisation est un élement essentiel de l'invention, compte-tenu de ses qualités particulières de combustion (faible taux d'imbrûlés) et qui va être décrit en détail maintenant. I1 also includes a burner 29, the use of which is an essential element of the invention, taking into account its particular qualities of combustion (low rate of unburnt) and which will now be described in detail.
Le brûleur 29 est du type à combustion à condensation des fumées avec une chambre de combustion 30 conçue pour provoquer des tourbillons toroidaux. Ces tourbillons assurent une combustion presque parfaite, sans imbrulés. The burner 29 is of the combustion combustion type with a combustion chamber 30 designed to cause toroidal vortices. These vortices ensure almost perfect combustion, without unburned.
Evidemment, le brûleur est alimenté en gaz en 31 mais en air en 32 dans des proportions optimum. On a observé que pour éviter les dépôts de produits du bain, il fallait un excès d'air de 15 à 60 p. Obviously, the burner is supplied with gas at 31 but with air at 32 in optimum proportions. It has been observed that to avoid deposits of bath products, an excess of air of 15 to 60 per cent is required.
Une autre particularité très importante de ce brûleur est que son tube foyer 33 plonge dans le liquide à réchauffer et qu'il est entouré d'une jupe 34 cylindri-que descendant un peu plus bas que le tube foyer 33 du brûleur. Another very important feature of this burner is that its hearth tube 33 plunges into the liquid to be heated and that it is surrounded by a cylindrical skirt 34 which descends a little lower than the hearth tube 33 of the burner.
La jupe 34 est percée de trous 35 > 36 permettant l'évacuation des fumées. Pratiquement, le tube foyer 33 de brûleur est à environ 300 mm du niveau 25 de liquide et à environ 600 mm du fond 23 du bac 13. I1 existe donc une garde convenable entre le front de la flamme du brûleur et le fond 23. Dans un exemple pratique en phase de démarrage, le brûleur est alimenté à raison de 60 Nm3 de gaz par heure et par 700 m3 d'air à l'heure. Le liquide entre en 18 à550C et sort en 19 à 600C en régime établi. Les flèches 37 représentent le développement de la flamme. The skirt 34 is pierced with holes 35> 36 allowing the evacuation of the fumes. In practice, the burner hearth tube 33 is approximately 300 mm from the liquid level 25 and approximately 600 mm from the bottom 23 of the tank 13. There is therefore a suitable guard between the front of the burner flame and the bottom 23. In a practical example in the start-up phase, the burner is supplied with 60 Nm3 of gas per hour and with 700 m3 of air per hour. The liquid enters in 18 at 550C and leaves in 19 at 600C in steady state. Arrows 37 represent the development of the flame.
Les flèches 38 matérialisent le parcours des gaz chauds.The arrows 38 materialize the path of the hot gases.
Les flèches 39, 40 représentent l'évacuation des fumées à travers les trous 35, 36. Les gaz chauds 38 diffusent dans le liquide suivant des bulles 41 qui se déplacent dans l'espace annulaire entre le tube foyer 33 et la jupe 34. Le cercle 42 représente une coupole simulant le front des gaz chauds en contact avec le liquide qui circule sous la jupe 34 comme représenté par les flèches 43. Les pressions du gaz et de l'air admis en 31 et 32 sont calculées pour que le front de gaz chauds 42 soit suffisant pour réchauffer le liquide mais ne soit pas trop important pour provoquer un entraînement de bulles telles que 41 vers la sortie 19. Dans la pratique la pression de gaz en 31 s'établit entre 70 et 150 millibars tandis que la pression de l'air s'établit entre 70 et 80 millibars. The arrows 39, 40 represent the evacuation of the fumes through the holes 35, 36. The hot gases 38 diffuse in the liquid according to bubbles 41 which move in the annular space between the hearth tube 33 and the skirt 34. The circle 42 represents a dome simulating the front of the hot gases in contact with the liquid which circulates under the skirt 34 as represented by the arrows 43. The pressures of the gas and of the air admitted at 31 and 32 are calculated so that the front of hot gases 42 is sufficient to heat the liquid but is not too large to cause bubbles such as 41 towards the outlet 19. In practice, the gas pressure at 31 is between 70 and 150 millibars while the pressure air is established between 70 and 80 millibars.
Claims (4)
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|---|---|---|---|
| FR7927099A FR2468850A1 (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Direct heating of large vol. of liq. by burner flame - to obtain high thermal efficiency, esp. when liq. is used for surface treatment of metals |
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|---|---|
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Family
ID=9231255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR (1) | FR2468850A1 (en) |
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