CHAPITRE XIV

BÉCUPÉaATBUBS ET BÉOÉNÉBATEUBS

Ei> parlant des appareils auxiliaires des gazogènes, j'ai omis^ à dessein, de parler de ceux qui servent à récupérer une partie de la chaleur entraînée par les gaz et h l'utiliser à réchauffer Tair primaire.

Les appareils de cette sorte ont un intérêt de tout premier ordre; mais, cependant, il ne faut pas les considérer comme absolument indispensables. C*esi pourquoi je n'en ai pas parle avec les appareils précédents.

Dans les petites installations, et dans celles où l'économie du rendement n'est pas une nécessité de premier ordre, il vaut m(^me mieux ne pas chercher h récupérer la chaleur entraînée par les gaz.

Le rendement des gazogènes est généralement évalué de 75 à 85 0/0.

Il paraît cependant que certains gazogènes ont un rendement plus élevé.

11 est intén^ssSint d'examiner quelles sont les causes principales de cette perte de 15 à 25 0/0 de la chaleur latente que possède le combustible.

Il y a perle par les parois, et cotte perte varie beaucoup suivant la forme des parois.

En admettant que, dans un élément de paroi, la chaleur

RÉCUPÉRATEURS KT RÉ(iÉNÉUATEURS 300

qui traverse soit proportionnelle à la surface de rélémont, inversement proportionnelle à Tépaisseur élémentaire de lu paroi et proportionnelle à la différence de température sur les deux faces, suivant Thypothèse de Poisson, on pourrait croire, en faisant la faute d'appliquer à une quantité finie les relations établies pour les quantités élémentaires, que la quantité de chaleur, qui s'échappe par les parois, est nulle, si Tépaisseur de celles-ci est infinie.

On applique souvent un raisonnement semblable à la partie basse d'un gazogène qui s'appuie sur le sol, et l'on croit que .la perle par le sol est négligeable.

Eu admettant la loi ci-dessus qui, comme toutes les lois de physique, n'est pas rigoureuse, on peut calculer que la perte par le sol est, au contraire, très considérable.

Elle est théoriquement nulle, pour une surface très grande et complètement plane; elle croît, comme l'inverse du rayon, quand la surface est sphérique, et, quand la surface est cylindrique, elle croît moins vite que l'inverse du rayon.

On comprend, dans ces conditions, que, pour le fond généralement plat d'un gazogène, si la partie plate, considérée isolément, ne fournit pas de perte, les raccordements de cette partie, avec la surface cylindrique qui forme Tenveloppo du gazogène, fournissent un déchet considérable.

Sans entrer dans des calculs, que je compte exposer plus tard, quand j'aurai pu les vérifier expérimentalement, je crois pouvoir poser en principe :

1"* Que la perte de chaleur par le sol dans le fond d'un gazogène n'en est pas moins grande que si IVpaisseur de la maçonnerie, qui garnit le fond du gazogène, était tout au plus supérieure au huitième du rayon.

Comme conclusion, toutes choses égales d'ailleurs, il convient que le gazogène ait, en plan, la plus grande surface possible;

2* Il y a une limite, assez vite atteinte, h l'épaisseur adonner à la paroi verticale du gazogène.

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Il est d*ailleurs facile de comprendre que, d'une part, plus cette paroi est épaisse, plus elle semble s'opposer au passage de la chaleur, mais que, d'autre part, plus elle est épaisse, plus la surface de refroidissement est considérable. De sorte que, en dehors d'une certaine épaisseur, il est pratiquement peu avantageux d'alourdir l'appareil, en augmentant son épaisseur.

Il est difficile d'évaluer bien rigoureusement les pertes de chaleur des gazogènes par les parois.

Il semble cependant qu'elles ne doivent jamais atteindre un chiffre bien élevé, que l'on peut les réduire facilement ào 0, mais que l'on essaierait en vain d'améliorer beaucoup plus.

On pourrait, cependant, recouvrir de bois, comme on le fait pour les chaudières, la tôle qui entoure généralement les gazogènes, dans le but de maintenir les produits réfractaires et d'assurer Fétanchéilé de lappareil.

Là, où la perte aux parois semble être la plus considérable, c'est autour de la grille et du cendrier.

Malheureusement, dans la plupart des gsizogènes, c!est une perte inévitable, car il est de toute nécessité que les grilles ne s'échauffent pas trop, sans quoi elles brûleraient.

Il est certain que les gazogènes, où l'air n'est pas envoyé sous la grille ou est, du moins, séparé du combustible, par une couche de mâchefer, de façon que la combustion ne se fasse pas sur la grille, sont infiniment supérieurs, à ce point de vue, aux gazogènes du type primitif Dowson.

C'est, notamment, un des bénéfices du type américain ïaylor. Il est, en tout cas, certain, que les quantités de chaleur qui s'échappent du combustible, en deçà de la zone de combustion, sont très considérables.

Elles ne sont généralement pas perdues entièrement. Elles sont recueillies pour réchauffer l'air et la vapeur qui alimentent le gazogène.

D'autres causes de pertes sont les chaleurs entraînées par les scories qui quittent le gazogène à haute température.

RÉCUPÉRATEURS ET RÉGÉNÉRATEURS 401

Enfin, un grand inconvénient est encore produit par les combustions anticipées du gaz au chargement du combustible, ou par la combustion qui peut se produire, si un filet d'air traverse la cuve sans brûler par une cheminée et vient allumer le gaz à la sortie.

11 s'agit là d'une cause accidentelle, qui doit être évitée si Ton dispose heureusement un gazogène de façon que, partout, |a couche de combustible soit suffisamment épaisse et que les gaz et l'air ne soient pas trop tentés de suivre les parois.

La principale perle de calorique est la chaleur entraînée par les gaz qui sortent du gazogène à haute température.

Suivant l'emploi du gazogène, il se peut que ce déchet ait une importance plus ou moins considérable.

Si, d^une part, les gaz sont destinés au chauifage d'un four, qui n'est muni d'aucun appareil de récupération, ou de régénération, il est bien certain que toute la chaleur entraînée par les gaz sera utilement employée, et que ce sera une économie faite sur l'emploi de la chaleur potentielle du combuslible.

Dans cos conditions, ainsi que je l'ai déjà dit, il n'y a aucun inconvénient à ce que les gaz sortent très chauds du gazogène, et le type Siemens sans réaction endothermique vaut le type Dowson.

Si, au contraire, le four est installé de façon à donner le même rendement, à pouvoir calorifique égal, que le gaz lui parvienne froid ou chaud, il n'est pas nécessaire d'abandonner, aux gaz qui sortent du gazogène, une quantité de chaleur qui peut être une proportion importante de la chaleur totale fournie par le combustible.

C'est ainsi que, dans certains gazogènes, notamment les gazogènes à coke, les gaz peuvent sortir entre 800"* et 900*".

Et on doit estimer, en ce cas, que le déchet peut atteindre 10 à 15 0/0 de la quantité de chaleur que fournit le combustible.

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C*esl lu source la plus considérable du déchet, au moins avec le coke.

11 faut, en effet, remarquer que la température des gaz à la sortie est tout à fait différente suivant le combustible qui est employé et qu'elle est d'autant moins élevée que ce combustible est plus riche en matières volatiles.

Elle ne dépasse pas 40) à 500" avec les charbons maifçres, 300 à 400* avec les charbons bitumineux, et elle s'abaisse tellement, avec d'autres combustibles, que les gaz peuvent sortir à moins de 100° en employant des lignites, de la tourbe ou du bois.

On pourrait croire, dans ces conditions, que, contrairement aux expériences de M. Euchéne, la distillation des combustibles riches en produits volatils nécessite réellement une grande (juantilé de chaleur et que c'est celte cause qui occasionne ce refroidissement.

C'est bien ainsi que les choses se présentent en pratique,, mais il n'en est pas moins vrai que la chaleur de transformation du combustible, composé ternaire de carbone, d'hydrogène et d'oxygène, en les différents composés qui constituent lesproduits volatils, soit exothermique.

On peut expliquer plutôt rabaissement de la température par ce fait que le volume de gaz produit, avec les combustibles riches en produits volatils, est beaucoup plus considérable qu'avec les autres, qu'il y a, notamment, beaucoup de vapeur d'eau, qui se forme en empruntant au combustible sa chaleur de volatilisation.

En tout cas, le fait est là; et il est bien évident qu'il y a d'aulant plus lieu, au point de vue du rendement, de récupérer la chaleur entraînée que Ton a à faire à des charbons moins riches en produits volatils, et que, lorsqu'on utilise des anthracites ou des cokes, celte récupération devient d'un très haut intérêt.

Il semble qu'il n'y a guère que deux moyens de l'effectuer,.

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c'est-à-dire d'utiliser en partie la chaleur entraînée avec les gaz.

L'une consiste à faire passer ces gaz sous le foyer d'une chaudière et à recueillir de la vapeur d'eau pour différents emplois, notamment pour Talimentation du gazogène luimême.

L'autre est d'utiliser cette chaleur à chauffer l'air primaire de façon à faire retourner la plus grande partie de ce déchet au gazogène lui-même.

J'ai déjà dit que cela ne pouvait être fait utilement qu'à condition qu'il y ait une réaction endothermique dans le gazogène lui-même, faute de quoi les chaleurs s'ajouteraient à la sortie des gazogènes dont le gaz s'en ira4t, ainsi, h une température de plus en plus élevée, limitée seulement par la perle aux parois qui augmenterait paralèllement, jusqu'à ce qu'un équilibre s'établisse, sans aucun bénéfice pour le rendement.

Lorsque le gazogène est bien compris, c'est, au contraire, dans l'alimentation que l'économie se manifeste.

Plus l'air primaire et la vapeur, où les gaz brûlés peuvent être introduits à haute température, sont à haute température plus la proportion de vapeur, ou de gaz brûlés, par rapport à l'air introduit, peut être élevée, moins la consommation d'air est grande, pour une môme richesse de gaz obtenu, et meilleur est le rendement du gazogène.

RÉCUPÉRATEURS

Les échangeurs de température qui permettent ainsi de recueillir en grande partie la chaleur entraînée par les gaz pour réchauffer l'air primaire, sont de deux espèces différentes :

Dans les uns, la chaleur passe directement des gaz à l'air, au travers d'une paroi; dans les aulres, la chaleur est fournie

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par les gaz à des corps intermédiaires, parois, débris de coke, gueuses de fonte, etc., qui Temmagasinent et, dans une période ultérieure, restituent cette chaleur à Tair introduit froid et destiné au gazogène.

Les premiers appareils s'appellent des récupérateurs, et les seconds des régénérateurs.

L'un et l'autre présentent des avantages et des inconvénients. Les récupérateurs peuvent fonctionner dans le même ordre de marche d'une façon constante.

Ils se composent essentiellement de deux caisses. Tune dans laquelle passent les gaz chauds, l'autre dans laquelle circule, en sens contraire, Tair à réchaufiFer.

Ces deux caisses ont une surface commune par laquelle se fait réchange de chaleur.

En théorie, si les deux caisses étaient suffisamment grandes, pour que le contact fût très long, par une surface considérable, il est certain que toute la chaleur pourrait passer, des gaz, à l'air primaire.

II suffirait que des précautions suffisantes soient prises, pour que la perte aux parois soit de très peu d'importance, ce qui est théoriquement possible aussi, si les deux caisses s'enroulent l'une autour de l'autre de façon qu'il ne puisse y avoir d'échange, avec l'extérieur, que par des surfaces relativement froides.

On conçoit donc que l'on peut imaginer un récupérateur parfait. Dans un semblable appareil, les gaz sortiraient à température très voisine de la température extérieure, et l'air s'échaufferait, petit à petit, de façon h atteindre, à l'autre extrémité, une température très voisine de celle que les gaz possèdent à leur sortie du gazogène.

Pour que ceci soit rigoureusement exact, il faudrait que la quantité de chaleur nécessaire, pour refroidir les gaz de 800'* par exemple, à 50"*, soit précisément celle qu'il faut pour (îchauffer l'air primaire et la vapeur d'eau ou les gaz brûlés de 15 à 765°, pour obtenir la même différence de température. La combustion du carbone, en oxyde de carbone, fournil

RÉCUPÉRATEURS ET RÉGÉNÉRATEURS 405

1 volume de ce gaz, pour un demi-volume d'air, et la combustion de la vapeur d'eau en hydrogène et oxyde de carbone fournit 2 volumes pour 1 volume de vapeur d'eau.

Quand même il y aurait donc une assez forte proportion d'acide carbonique, qui fournit un volume égal h celui de Tair primaire, il y aura toujours, à la môme température, un volume plus grand de gaz produit que d'air primaire introduit.

Si Ton admet, par approximation, que la loi de Dulong est exacte, et que la chaleur spécifique ne dépend que du volume des gaz, il y aura donc plus de chaleur disponible dans les gaz du gazogène, entre 800 et 50% qu'il n'en faut pour chauffer Pair primaire, de 15 à 765".

On en doit conclure que le rendement d'un récupérateur ne peut pas être absolument de 100 0/0; mais, en même temps, que, si un récupérateur est suffisamment puissant et suffisamment protégé, il doit pouvoir réchauffer l'air primaire à une température très voisine de celle de la sortie des gaz du gazogène.

Dans les gazogènes, les récupérateurs, à l'exclusion des régénérateurs, sont à peu près seuls employés. J'ai signalé quelques-uns de ces appareils, notamment avec le gazogène Fichet et Heurtey, le gazogène Genty et mon propre gazogène à combustion renversée. Je décrirai ci-après un récupérateur spécial de M. Lencauchez.

On n'a pas donné, à mon avis, tout le soin nécessaire au perfectionnement des récupérateurs, pour deux causes :

La première c'est qu'il ne convient pas, dans les gazogènes employés jusqu'ici, de trop réchauffer Tair primaire, parce qu'alors cet air, trop chaud, brûle facilement les grilles.

On n'a pas à craindre un inconvénient semblable, dans les gazogènes à combustion renversée, oîi il n'y a pas de grille entre l'air et le combustible, etce n'est pas leur moindre avantage.

D'un autre côté, les récupérateurs ne fonctionnent bien que si la surface de séparation du gaz et de l'air est assez mince

pour que la chaleur la traverse facilement. Mais, d'autre part, comme la pression de Tair primaire est nécessairement supérieure à celle des fçaz sortants, il s'en suit que, soit par les joints, soit par les moindres fissures, il y a toujours à craindre qu'il ne se mélange de lair avec les gaz combustibles, ce qui produirait des mélanges tr^s dangereux de gaz détonnants.

11 y a eu beaucoup d'accidents de ce genre.

11 n'est pas possible d'employer des matériaux réfractaires où les fissures sont fréquentes et ne se révèlent pas d'une façon suffisante.

Si l'on emploie des produits métalliques, il devient très délicat, sinon impossible, d'y faire circuler de l'air à très haute température, sans avoir à craindre une détérioration du métal.

En outre, les gaz qui viennent chauffer l'appareil ne sont pas à une température homogène.

Si l'on évalue en moyenne à 5(X)*, par exemple, la température des gaz qui sortent d'un gazogène à anthracite, il se peut très bien que celle-ci atteigne, parmoments, 8 ou 900*", et même plus, si un peu d air traverse le gazogène et vient brûler le gaz à la sortie.

Dans ces conditions, le métal risque d'être brûlé, sur une lace, par l'air et la vapeur d'eau, et d'être fondu, sur l'autre, par la flamme des gaz.

D'autre part, ces inégalités de température donnent, à la dilatation, une importance très considérable, telle que les récupérateurs qui semblent avoir été le mieux étudiés ont été établis de telle façon, que les gaz ne puissent venir atteindre aucun raccordement.

C'est ainsi que, dans les récupérateurs Lencauchez et Gcnty, l'air passe dans une sorte de tube Field, pour aboutir à une caisse extérieure sans contact avec les gaz et que, dans celui du gazogène Deschamps, l'air est enfermé dans un tube sans soudure dont les raccords sont soustraits à l'action des gaz.

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RÉCUPÉRATEURS ET RÉCtÉNÉRATEURS 40:

RÉCCPÉRATECR LENCALXHEZ

M. Lencaiichez a fait breveter une disposition assez originale, qui est représentée aux ligures 230 et 231.

Il s*est inspiré de ce principe, qu'il faut faire servir les •chaleurs perdues à la sortie des moteurs à gaz, d'une part, à échauffer l'air, d'autre part, de l'air mélangé de vapeur et qu'en même temps il faut rester constamment maître de la proportion ■de vapeur ainsi introduite.

Son récupérateur, comme presque tous les récupérateurs, ■est tubulaire. Les gaz brûlés entrent par le haut, suivant les llèches, traversent les tubes, de haut en bas, et sortent par la ■conduite.

L'air est introduit, par une conduite horizontale, qui se divise en deux parties 19 et 20, aboutissant dans les deux moitiés de la chambre cylindrique séparée par une cloison médiane que traversent les tubes verticaux. Dans l'une des moitiés, les gaz s'échauffent simplement au contact des tubes, aboutissent ensuite, par la tubulure 21, dans le sommet d'une caisse où ils seront conduits au gazogène par la tubulure 24-, après s'être mélangés avec l'air humide.

L'autre moitié du vent aboutit, par la tubulure 19, environ à 30 centimètres au-dessus du fond, qui est rempli d'eau •chaude, qui s'écoule par un siphon. Après s'être ainsi légèrement chargé de vapeur, l'air s'échauffe, sort par le haut de l'appareil, traverse la conduite 22 qui l'amène en bas d'un saturateur 23, où est disposée une couche de grésillon constamment arrosée par un distributeur denté 25.

En traversant ainsi le grésillon, l'air se sature de vapeur et, pour qu'il se refroidisse le moins possible, on envoie, de

Fin S30 Pi S3I. — Rérupéraleiir I^iitttiichei, |ioiirle« chalours perdues des motouM à {•«i.

UfcCLPÉRATEURS KT R^XÎÉNÉRATEURS 400

préférence, dans cet appareil, l'eau qui sort entre 60 et 80° de la chemise du moteur.

Néanmoins cet appareil ne doit pas produire un échauffement bien cj:)nsidérable, et je serais étonné que le mélanged'air et de vapeur en sorte à plus de 100° et ne se condense pas, en partie, dans la conduite qui Tamènera au gazogène.

Décidément, il est bien difficile de retirer un effet utile des chaleurs perdues par Téchappement des moteurs à gaz. C'est d'autant plus fâcheux que cette quantité de chaleur est très considérable.

M. Lencauchez signale encore que son appareil peut être utilisé, dans différentes usines, pour récupérer, en partie, les chaleurs entraînées par des fumées, notamment, dans les aciéries, pour les fumées des fours Martin.