GENERATEUR DE VAPEUR. — SYSTEME PAUL

CHARPENTIER

Nous avons eu dans notre carrière d’ingénieur, il y un certain nombre d’années, l’occasion d’étudier d’une manière approfondie le problème de l’économie du combustible, et spécialement à chercher la solution de ce problème dans le cas du chauffage des chaudières à vapeur; nos études ayant été suivies d’applications industrielles importantes, notamment dans plusieurs papeteries, nous pensons pouvoir donner ici un résumé de nos recherches à ce sujet, en ce qui concerne seulement le chauffage des générateurs de vapeur.

Comme nous venons de le voir dans les divers exemples de chaudières à vapeur que nous avons donnés, la combustion se fait presque toujours à tirage naturel, c’est-à-dire avec l’emploi d’une cheminée.

Or nous avons démontré théoriquement ailleurs, et pratiquement par de nombreuses expériences, que la perte de chaleur, très variable suivant les cas, pouvait atteindre souvent plus de 60 pour 100 de la chaleur théorique que le combustible brûlé sur la grille est susceptible de produire.

Nous ne parlons ici bien entendu que de la quantité de chaleur due à la combustion du combustible, que l’on doit retrouver dans la vapeur formée, et non pas de l’utilisation de cette vapeur, car alors si l’on considère et si l’on étudie la façon dont cette vapeur est utilisée dans nos machines qui paraissent si perfectionnées, on peut se convaincre que le véritable rendement final peut descendre, et descend malheureusement bien souvent en industrie au-dessous de 5 pour 100 et peut à peine atteindre 10 pour 100 dans les cas les plus favorables, de la chaleur que la nature a accumulée et mise à notre disposition dans le morceau de houille que nous brûlons sur nos grilles (1).

La perte de chaleur dont nous venons de parler est occasionnée par deux causes principales :

1° La combustion incomplète, ayant pour conséquence une production de fumée souvent très abondante;

2° L’emploi du tirage naturel au moyen d’une cheminée.

Les fumées contiennent, en effet, une proportion relativement considérable d'oxyde de carbone et surtout de carbure d’hydrogène, gaz éminemment com-

(1) Voir Comptes rendus de l’Académie des sciences. Notes de M. Paul Charpentier, séances des 19 mars 1883, U janvier 1884, 18 février 1884, 19 mai 1884.

bustibles, ces derniers en se refroidissant, se décomposent et abandonnent du carbone pulvérulent, lequel colore la fumée en noir plus ou moins intense.

De là comme résultat, outre l’inconvénient, souvent très coûteux, de la production de fumée, une perte d’argent considérable se renouvelant constamment. L’emploi delà cheminée constitue, en outre, un tirage des plus coûteux. La cheminée est, selon nous, la plaie de l'industrie , et cela pour deux motifs :

La cheminée laisse échapper dans l’atmosphère des fumées encore pourvues d’une chaleur considérable, ensuite elle permet aux gaz brûlés de se dilater librement. Il s’ensuit qu’une partie importante de la chaleur dégagée par la combustion du charbon passe de l’état sensible à l’état latent, c’est-à-dire devient inutilisable pour l’industriel, et cela est dû en grande partie à ce que la chaleur spécifique des gaz brûlés s’accroît au fur et à mesure qu’ils se dilatent. Nous avons démontré ailleurs l’exactitude de ces diverses affirmations (1).

Le principe de l’installation que nous recommandons consiste dans la transformation préalable des combustibles en gaz, dans leur combustion à cet état par un courant d’air forcé, et enfin dans l’obtention de la combustion sous volume constant des gaz brûlés par l’emploi d’un appareil hydraulique des plus simples placé avant la cheminée d’évacuation. Cette dernière ne servant en aucune façon au tirage, peut n’avoir alors qu’une très faible hauteur.

Les trois parties principales sont donc :

Un appareil producteur de gaz ou gazogène;

Un appareil de combustion dit vulgairement fumivore ;

Un appareil régénérateur hydraulique.

Nous n’avons pas à revenir ici sur les considérations qui prouvent qu’une combustion ne peut être parfaite qu’à la condition de s’opérer sur un mélange de corps gazeux, mais nous rappellerons qu’en outre un bon chauffage au gaz doit être basé sur les conditions suivantes :

1° Il faut brûler des gaz contenant peu ou pas de vapeur d'eau;

2° Il faut opérer la com.bustion des gaz dans un espace très rétréci, c’est ce que l’on appelle les brûler sous pression.

3° Enfin il est très important de rendre l’arrivée des gaz dans la chambre de chauffe indépendante des charges. Cette condition est l’une des plus difficiles à remplir dans la pratique.

Dans le cas qui nous occupe, c’est-à-dire le chauffage d’un générateur à vapeur, nous avons choisi exprès pour exemple un bon système de générateur très employé dans les grandes manufactures de Normandie. Ce générateur est représenté figures 159, 160, 161, 162. Il est, comme on le voit, d’un système mixte à bouilleurs avec corps tubulaire dans la chaudière elle-même.

Ici le gazogène est formé par deux grands conduits latéraux CC venant aboutir à la grille inclinée M et dans lesquels se trouve emmagasiné le charbon nécessaire à la marche de toute une journée. On voit qu’ainsi les cliarge-

(1) Économie du combustible, fondée sur l’application à tous les foyers du chauffage économique par combustion complète et sous volume constant, par Paul Charpentier. Lacroix, éditeur, Paris, 1872.

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ment fréquents nécessités par le système de chauffage ordinaire sont sup-> primés.

Ces conduits rectangulaires sont construits dans la maçonnerie de briques entourant la chaudière et les bouilleurs, et c’est par eux que le charbon est

distribué sur la grille au fur et à mesure de sa transformation en gaz. A leur partie supérieure D, les conduits sont terminés par deux boîtes en fonte rectangulaires munies d’un rebord renfermant de l’eau et dans lequel viennent plonger deux couvercles. De cette façon la fermeture est complètement étanche. Le charbon descend graduellement sur les grilles par son propre poids, et le

chauffeur n’a qu’à le ringarder de temps en temps suivant la qualité du combustible.

L’appareil de combustion fumivore affectant la forme de deux tuyères figurées en 1 1 reçoit par les tuyaux HII du vent aspiré et insufflé par les aspirateurs insufflateurs à vapeur surchauffée FF. Le but qu’on se propose d’atteindre

en employant ces tuyères est d’opérer un mélange parfait entre les gaz combustibles produits sur la grille M du gazogène et l’air comburant insufflé; la véritable combustion, qui alors est complète, ne commence qu’à partir de ces tuyères J, et la flamme se répand ensuite uniformément dans les carneaux. „

Fig. 162.

Nous venons de dire que l’air destiné à la combustion finale était injecté par les insufflateurs FF ; nous avons décrit ailleurs ce genre d’insufîlateurs (1). Ces appareils fonctionnent à l’aide de vapeur surchauffée dans un bloc en fonte K dans lequel se trouve noyé un serpentin [en fer forgé.

(1) Voir Encyclopédie chimique, le Sucre, par Paul Charpentier, p. 249.

ENCYCLOPÉDIE CHIMIQUE

Un autre insufflateur G envoie sous la grille M, par la tuyère L, l’air nécessaire à la production des gaz combustibles.

Enfin en N se trouve le récupérateur on régénérateur hydraulique qui consiste en une caisse en fonte ou en tôle munie de tubes et divisée à son extrémité par une cloison en deux compartiments de section plus moins inégale suivant les cas, et renfermant de l’eau ayant avant la mise en marche même niveau dans les deux branches.

L’une est mise en communication uniquement avec la capacité chauffée; les gaz brûlés, pourvus d’un petit excès de pression y arrivent après avoir chauffé l’eau d’alimentation dans la partie tubulaire et font baisser le plan d’eau qui s’élève dans l’autre branche.

L’appareil étant établi de façon que cet excès de pression soit capable de faire descendre l’eau de la première branche un peu au-dessous de la cloison qui la sépare de la seconde, les gaz, en vertu de leur légèreté, s’élèvent dans ce second compartiment en barbotant à travers l’eau qui s’y trouve, puis arrivent au sommet, lavés et presque entièrement dépouillés de leur excès de chaleur et de dépression. De là ils se rendent à l’amorce de cheminée figurée en O qui ne sert plus au tirage, mais à l’évacuation finale du dernier gaz produit par la combustion qui, si l’opération est bien conduite, peut ne plus être que de l’azote pur, car on peut retenir l’acide carbonique au moyen d’un lait de chaux placé dans le récupérateur hydraulique.

Nous n’insisterons pas, et nous terminerons en résumant les avantages dus à l’emploi de notre système de chauffage :

1° L’économie de combustible réalisée est variable suivant les cas, elle est souvent fort importante;

2° La combustion est active ou lente, à la complète disposition du chauffeur, il s’ensuit que la production de vapeur s’augmente ou se diminue à volonté;

3° L’emploi du système a pour conséquence une fumivorité complète des foyers ;

4° Suppression des hautes cheminées et des inconvénients qui résultent des tirages insuffisants;

5° Alimentation des chaudières avec de l’eau presque bouillante, par suite diminution des chances d’explosion, et plus grande sécurité provenant de ce que les incrustations sont diminuées dans les corps de chaudières;

6° Emplois avantageux des plus mauvais combustibles;

7° Montage rapide et facile; les habitudes des ouvriers ne sont pas changées, leur fatigue est diminuée.

Ajoutons que ces appareils peuvent s’appliquer à tous les systèmes de générateurs avec certaines modifications variables dans chaque cas.