C -f = CO d^gageant 29cai

C + H*0 = CO + H* degageant + 29«»i4 — bS^*! 2 = — 28<=»J 8.

La premiere d6gage de la chaleur et tend 4 porter le gazogene k une temperature d'environ 1300*; la seconde absorbe de la chaleur et tendrait d eteindre le gazogene si on ne r^glait Tadmission de vapeur de fagon que Tabaissement soit limits d 600® temperature inferieure de la combustion pour oxyde de carbone.

et permet la gazeification complete du combustible par les fumees sans emploi d'air primaire; une masse de fumees exprim6e par la formule CO' + ^Az* se rend a la cheminee, tandis qu'une masse egale se rend au gazogene. Au contact du charbon incandescent, la reaction suivante se produit :

C0« + 4 Az« + C =z 2C0 + 4Az».

Pour bniler ce gaz qui, remarquons-le, n'est ni plus ni moins chai^6 d'azote que le gaz Siemens ordinaire (CO + 2Az*), une masse d'air (0* + 4Az*) sera n6cessaire. Apr^s combustion, la composition et la masse de fumees pour une molecule de charbon seront exprimees par la formule

2C0« + 8Az*, soit exactement le double de ce qui est envoye soit k la cheminee soitau gazogene, et le double de ce qui est necessaire ci la combustion du carbone k Fair.

La masse de fumees traversant le laboratoire d'un four k retour de fumees est done double de ce qu'elle est dans un foUr ordinaire, et Ton pent figurer le schema de la circulation des g »z comme compose de deux courants. Tun se comportant comme dans un four Siemens ordinaire pour aller du gazogene a la cheminee, Tautre parcourant indefiniment un circuit ferme du laboratoire au gazogene et du gazogene au laboratoire, sans modification du bilan calorifique, lorsque le regime est etabli, et sans avantage bien evident.

Le premier effet de la vapeur d'eau est done rabaissement de la temperature du gaz sortant du gazogene.

A cet abaissement de la chaleur sensible correspond un accroissement de la chaleur latente ou, si Ton veut, un enrichissement du gaz en calories, second efifet de Temple i de Teau.

Ces r^sultats ont Tun et Tautre leur importance, mais les avantages qui en d^coulent sent tr6s variables suivant les cas :

Lorsque le gaz est employ^ dans le laboratoire ^ sa sortie du gazogene, I'enrichissement en calorique latent est purement fictif car, dans le laboratoire, la chaleur sensible et la chaleur latente sent 6quivalentes. Au contraire, lorsque le gaz n'est pr^sent^ 4 la combustion qu'apr^s avoir subi une alteration de temp6rature, soit refroidissement dans les fours employant le gaz pauvre froid, soit r^chauffement dans le cas de recuperation par le gaz, Tenrichissement devient Ir^s utile. Dans les fours a double recuperation, les deux efifets se compietent ou plut6t se confondent : I'abaissement de temperature permet d la recuperation de s'exercer plus parfaitement par Tinlermediaire du gaz enrichi, et, grAce d un meilleur emploi des chaleurs perdues, la vapeur d'eau realise un reel gain de calories et pent ameliorer le rendement.

Un dernier effet de I'eau, plus sensible encore, est la modification qu'elle apporte aux proportions d'air primaire et d'air secondaire.

On salt que, dans un four, la combustion s'opfere en deux temps, partie dans le gazogene avec de Fair primaire meie de vapeur d'eau, partie dans le four avec Fair secondaire, mais que la quantite d'air total necessaire est invariable; si done on diminue Fair primaire, on augmente d'autant Fair secondaire. Or, dans la plupart des fours, Fair primaire echappe corapletement d la recuperation (la question de conservation de la grille dans Fair chaud n'etant pas encore resolue); tandis que Fair secondaire y participo toujours. Diminuer Fair primaire pour augmenter Fair secondaire, realise done toujours un gain sur les chaleurs perdues, et dans certain cas, ameiiorera beaucoup le rendement.

La vapeur d'eau, en raison de ces trois effets, agit done uniquement dans les fours d gaz comme auxiliaire de la ricupiration. Sans

43 ETLDE THEORIQLE DE LA RECUPERATION

doute, dans certains cas, elle aura une action sur la temperature du four, mais de la m^me fagon que la recuperation contribue elle-meme 4 eiever le point de combustion. Son r6le comme enrichissant le gaz en chaleur latente, n'est appreciable que dans le cas d'emploi du gaz froid, qui ne rentre pas dans notre etude (*).

D'autres gaz que la vapeur d'eau peuvent servir d*auxiliaires de la gazeification. Ainsi, Tacide carbonique se comporte exactement comme la vapeur d'eau : sa decomposition (C + CO^ = CO + CO) donnant + 29«»i4 — es^-ai^ -- 38«i8, et absorbant de la chaleur, abaisse la temperature du gaz ; son emploi diminue Fair primaire et augmente Fair secondaire.

Si on I'emprunte aux fumees, comme Tent propose M. Gobbe et MM. Biedermann et Harvey, nous avons vu qu'il a I'inconvenient de doubler la circulation des gaz dans le laboratoire du four. Si on I'empruntait k une autre source, comme Font propose queiques auteurs, il se comporterait exactement comme la vapeur d'eau, avec la seule difference que ce gaz n'aurait pas, comme Teau, une chaleur latente de vaporisation diminuant son eff'et utile: il serait theoriquement plus avantageux, pourvu que sa production, a retat gazeux, soil obtenue sans frais.

11 faut encore ranger parmi les auxiliaires de la recuperation, dans un four ^ charbon, les huiles lourdes, goudrons, brais, et meme les hydrocarbures contenus dans les houilles, et y trouver, en partie, I'explication des qualites speciales de certains charbons pour gazogenes.

Jetees dans le gazogene, ces substances se volatilisent sous Faction de la chaleur sensible du gazogene et s'echauffent d ses depens ; elles rcfroidissent done le gaz et le preparent a une bonne recuperation. Leur gazeification ne demand e d'ailleurs aucun air primaire, en sorte que tout Fair necessaire k leur combustion est secondaire.

On peut tirer de ces remarques la raison d'etre de Faddition de brai pratiquee dans cerlaines usines a acier, pour accroitre, en meme temps que le rendement et par une meillcure recuperation, la tem-

(1) L'emploi du gaz de gazogene ou gaz pauvre pour les moteurs a explosion est le cas oil I'enrichisscment est le plus utile : aussi les gazogenes Buire-Lencauchez a injection de vapeur y sont-ils Irts usit6s. Ce cas est Stranger k notre 6tude.

p^rature du four. On y voit encore Tavantage pouvant r^sulter, dans les fours Siemens, de Temploi d'hydrocarbures et, en particulier^ du gaz naturel, comme d Pittsburg ; ce n'est que dans ce cas que la recuperation pent theoriquement etre complete et la temperature pent, par la, y etre tres facilement elev^e.

C. — Principes relatifs a la Ri^upi^RATioN. — L'utilisation de la chaleur emportee par les fum^es sortant du four d une temperature eievee necessite Pintermediaire de corps solides, afin deviter le melange des gaz qui doivent reagir les uns sur les autres.

Ges corps solides sont, tant6t des cloisons refractaires ou metalliques se laissant traverser par les calories des produits br&ies qui echaufifent les gaz plus froids (air ou gaz), tant6t des masses de briques qui emmagasinent, pendant un temps, de la chaleur, pour la restituer ensuite apr^s Tinversion. Dans I'un et Fautre cas, ce ne sont que des intermedial res favorisant Faction reciproque des gaz, en sorte que, dans une etude theorique, on pent considerer que les masses gazeuses interviennent seules, Fune perdant des calories, Fautre les gagnant.

Dans ces conditions, deux lois evidentes president a cet echange ; el les derivent Fune et Fautre du fait qu'il ne peut y avoir cession de chaleur que d'un corps ou gaz chaud k un corps ou gaz plus froid que lui :

i^ Pour que la recufiration totale des calories contenues dans lesfumees soil possible, il faui que les gaz qui doivent absorber la chaleur stnent a la temperature de fair ext&rieur oil les fum^es sont deverfees,

Cette condition n'est remplie que par Fair,- les gaz de gazogene sont toujours k une temperature eievee (600^ au moins). II en resulte que, dans les fours k double recuperation, Futilisation complete de la chaleur est toujours impossible, puisque la portion des fumees employee k rechaufifer le gaz ne peut ceder toutes les calories qu'elle contient. Seuls les fours k hydrocarbures, d gaz naturel, echappent a cette limitation de la recuperation ;

2® Pour que V echange de chaieur soit parfait inlre deux masses gazeuses, de fagon que, apres recuperation methodique, la tempera-

4i ETUDE THEORIQUE DE LA RECUPERATION

ture de Tune deviennc ^ale A la temperature initiale de Tautre, il faut que les chaleurs d*6chavffcment dcs masses en presence soient egafes enire Ics temperatures consideries. Si les chaleurs sp6cifiques different, ou si, cas plus frequent, les masses sont in^gales, le gaz chaud qui c^c sa chaleur s'dchappera a une temperature differente de celle du gaz qui doit Tabsorber : lorsque la masse du premier sera trop grande, la rocuperatioa sera forcement incomplete, et les fum^es s'echapperont ^ une temperature superieure d la temperature ambiante ; inversement, lorsque les gaz recuperants seront en execs, ces gaz absorberonl bien toutes les calories disponibles, mais n'atteindront pas la temperature des fumees.

Le premier cas, exc^s de fumee, se presente presque toujours dans les fours. L'air necessaire d la combustion a, en effet, une chaleur d'ediaufifement moindre que les produits de combustion auxquels il donne naissance, de sorte que le chauffage meme total de Fair est incapable d'assurer la recuperation parfaite.

La double recuperation par l'air et le gaz n'y reussit pas davantage dans le cas de gaz Siemens, car Toxyde de carbone a une chaleur specifique moindre que I'acide carbonique.

11 n'y a que la triple recuperation, qui, par suite d'un double passage dc l'air primaire dans les chambres, permette d'atteindre, au point de vue des masses, la limite de recuperation, et meme de la depasser d'une fagon sensible. Dans ce second cas d'inegalite des masses en presence, Fair et le gaz sortiront, nous Tavons vu, moins chauds que les fumees n'entrent dans les recuperateurs, quelque parfaits que soient ces appareils.

§ 4. — Hypotheses servant de base k la theorie math6matlqae de la combustion dans les fours a gaz a recuperation. — Ghoix de la methode de calcul du rendement. — Quelques hypotheses ront necessaires pour eiiminer certaines variables de noire equation d'utilisation de la chaleur, et permettra d'aborder la theorie de la recuperation.

i^ Nous admettrons, dans les calculs, que la gazeification complete du carbone en oxyde de carbone, sans melange d'acide carbonique, est possible.

Celte hypoth6se n'est pas conforme ^ la r^lit6, car le gaz de gazogene contient toujours une proportion d'acide carbonique importante. Ledebur, dans son Traits de Mitallurgie (*), indique bien des compositions de gaz oil la teneur en acide carbonique est inf^rieure k 1 Vo> ce qui justifierait notre hypothese; mais, comme.les gazogenes donnant de semblables r^sultats sont encore rares, il sera necessaire de discuter rinfluence de ce qu'on peut appeler la combustion anticip6e du gaz sur Tutilisation de la chaleur;

2° Nous admettrons que T^changc de chaleur est parfoit entre les deux masses gazeuses, fum6es c^dant leur chaleur et gaz r6cup6rants, c'est-^-dire qu'on peut arriver a I'^galit^ de temperature entre les gaz br(il6s a leur sortie du laboratoire et les gaz entrant dans le laboratoire a leur sortie des chambres de recuperation.

Cette hypothese est loin de la realiie, car r^change de calories entre un gaz et un corps solide en contact, 6tant d'autant plus rapide que recart de temperature est plus grand, devient tr^s lent pour des temperatures voisines. Comme la recuperation implique un double echange de corps solide a gaz, I'echange de chaleur de gaz 4 gaz est limiie pratiquement i un ecart qui, dans la plupart des cas, est superieur A 300«.

Aussi, s'il nous a ete impossible d'introduire dans le calcul cet element de perturbation qui, d'ailleurs, est une variable, sera-t-il necessaire d'en discuter les consequences sur les resullats de la theorie;

3<^ Nous admettrons que le four est A un eiat de regime invariable, en toutes ses parties. Cettc condition est remplie dans les fours continus a courants paralieies en sens inverse, mais ne Test pas rigoureusement dans le cas de la regeneration avec inversion : nous admettrons alors que les chambres sont assez grandes et les inversions assez frequentes pour que Tinvariabilite de temperature soit assuree dans le recuperateur entre deux inversions, hypothese tres voisine de la realite.

Nous n'avons pas, dans ces conditions, d nous preoccuper de la methode de recuperation, et les resullats trouves s'appliqueront aussi bien aux fours d recuperation paralieie qu'd ceux a regeneration inversee ;

(1) Voir le G4nie Civil, I. XXIX, n« 4, p. 59.

40 Nous supposerons n^ligeable le rayonnement de tous les organes de r^ap6ratioD, chambres, gazogenes, carneaux, etc.

Gette hypoth^se est 6videmment inexacte, mais ce rayonnement 6tant essentiellement variable avec la forme des fours, il est impossible de le faire entrer dans les calculs. Nous aurons done a en apprecier rimportance relative dans les diff6rents syst^mes, apr^s la th6orie g6n^rale.

Quant au rayonnement du laboratoire, rappelons qu*il fait, par definition, partie de la cbaleur utilis^e ;

5® Enfin, nous supposerons que le combustible est du carbone, c'est-li-dire du coke.

Toutes ces hypoth6ses reviennent d admettre que le gaz constitu^ d'oxyde de carbone ou d'hydrog^ne sans acide carbonique, eau, ni hydrocarbures, apporte au four loute sa chaleur sensible, que les gaz qui ont pris part k la recuperation, entrent dans le laboratoire ^ la temperature meme du four, et que les fumees entrent dans les recuperateurs a cette temperature de regime arbitrairement cboisie.

En d'autres termes, dans un four d 1 500°, par exemple, s'il y a double recuperation, Fair et le gaz entrent dans le four d 1 500° ; s'il y a simple recuperation, Fair entre a 1 500°, le gaz d la temperature de combustion calcuiee du carbone brillant en oxyde de carbone par Tair meie ou non de vapeur d'eau. Les fumees s'ediappent d 1 500<* du laboratoire, et entrent dans les recuperateurs a cette meme temperature.

Remarquons que toutes les hypotheses son ten favour de 1' utilisation de la chaleur dans les fours. Elles supposent simplement que, dans tous les organes du four, on atteint, au point de vue de I'utilisation de la chaleur, la perfection, dont tous lesprogres de construction doivent tendre d se rapprocher ; elles sent done absolument legitimes. Mais le calcul theorique fait sur ces bases ne donnera d'une fagon precise que les maxima d'utilisation de la chaleur ou les minima de perteSy dans les fours.

Ces chiffres ont, par eux-memes, leur interet et seront, par exemple, un guide tres sQr dans une etude experimentale dun four donne, un moycn d'apprecicr ses qualiies de construction. Cependant,

PRINCIPES FONDAMENTAIX 47

au point de vue que nous avons adopl6, celui de la comparaison des fours entre eux, ils ne sont pa8 suffisants : rien n'autorise, en eflfet, a priori^ ^ ailirmcr que le tableau de classement des fours, bas6 sur les rendements maxima, conserve le m^me ordre dans les conditions actuelles de la pratique.

11 sera done n^cessaire de passer en revue nos difif^rentes hypotheses afln de voir dans quelle mesure les conditions r^elles peuvent modifier la valeur absolue des chiffres et surlout de juger si elles changent le classement.

Nous n'imposons done nos hypotheses que sous benefice d'une critique ultedeure. La th^orie gen6rale qui leur est soumise donnera la valeur absolue des rendements maxima ou les minima de pertes de chaleur. La discussion qui suivra, s'affranchissant de toute hypothese, indiquera les valours relatives des differents syst6mes ou, du moins, permeltra de les classer.

Methode de calcul du REN dement DES FOURS. — Si uous uous rcportons maintenant d I'^quation fondamentale des fours :

en donnant aux termes P, U, le sens special que nos hypotheses leur attribuent :

P, chaleur echappant forc^inent a la recuperation, perdue par les fum^es ; U, maximum de la chaleur consommee dans le laboratoire,

comme on connait toujours Q, soit par une mesure directe du pouvoir calorifique, soit par les chaleurs de combustion des corps simples, on pent indifferemment faire le calcul de U ou de P, et en d^duire par difference P ou U.

De ces deux methodes, nous avons choisi celle du calcul direct de P, pensant que la connaissance de la chaleur inevi tablemen t perdue, est le point essentiel dans une etude de la recuperation. D ailleurs, ce calcul de P permet aisemenl de determiner la temperature des gaz sortant des chambres et de rendre un compte exact de ce qui se passe dans Tappareil recuperateur.

Le calcul direct de U a aussi son inl(5r6t ; mais il s'applique plut6t i r^tude des ph^nom^nes sp^ciaux du laboratoire, et comme il n^cessite le calcul de la temperature de combustion dans un four, c'est d propos de Tobtention des temperatures eiev^es dans les fours que nous aurons a y revenir.