CHEMINÉES

199. Considérations s^énorales. — Les cheminées constituent le moyen le plus économique d'assurer le tirage quand on y utilise, comme c'est le cas presque général dans les usines, la chaleur perdue des fours. Mais si on est obligé de brûler du combustible pour échauffer la colonne, comme cela a lieu dans les cheminées servant à Taération, les ventilateurs sont plus économiques. Suivant le rendement mécanique de ces machines, on peut estimer qu'un ventilateur fournira de 7.000 à 14.000 me. d'air par kilogramme de houille brûlé, tandis qu'une cheminée n'en fournira guère plus de 1.000.

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On emploie souvent aussi pour produire le tirage dans certains fours des jets de vapeur ou d'air comprimé. Le rendement de ces procédés est moindre que celui des cheminées : uninjecteur marchant à l'air comprimé peut donner 400 à 450 me. d'air par kilogramme de houille brûlé ; un injecteur à vapeur donnera 600 me. par kilogramme de houille, soit environ 100 me. par kilogramme de vapeur.

M.Prat emploie avec un certain succès depuis quelques années, pour remplacer les hautes cheminées habituelles, un procédé de tirage artificiel qu'il désigne sous le nom de tirage par entralne-

ment,et qui n'exige que des cheminées de faible hauteurf- delà

hauteur habituelle) et un diamètre correspondant.

La dépression donnée par les cheminées est relativement faible ; en y supposant les gaz entre 200 ou 250*, on peut admettre qu'elle serait d'environ 1 centimètre de colonne d'eau pour 20 m. de hauteur de la cheminée. Celle-ci étant déterminée d'après la dépression que Ton veut obtenir et les résistances offertes parles conduits plus ou moins développés qui précèdent la cheminée, on ajoute le plus souvent au chiffre ainsi déterminé une certaine hauteur, cai; il faut prévoir le développement ultérieur des usines. En fait, la détermination de la hauteur est souvent arbitraire et on l'exagère parfois inutilement ; il ne semble pas qu'il y ait grand intérêt dans la plupart des cas à dépasser 50 à 60 m.

On peut être amené à augmenter la hauteur pour deux motifs, soit parce que Tusine se trouve dans une vallée profonde, où les courants d'air peuvent nuire au tirage, soit parce que l'on veut diminuer autant que possible les inconvénients de la fumée pour le voisinage, en la répartissant sur un plus grand rayon.

La section peut se calculer d'après le poids de combustible à brûler dans tous les foyers desservis ; on emploie souvent pour ce calcul la formule empirique suivante :

Cette formule est établie en admettant l'emploi de 20 kg. d'air par kg. de combustible. Pour les usines métallurgiques, on peut aussi admettre que la section de la cheminée doit varier, suivant sa hauteur, entre le tiers et le cinquième de la surface des grilles : la section devra être naturellement plus large pour les grilles à fort tirage. Ici encore il sera utile de se réserver une certaine marge et de majorer un peu les chiffres obtenus par le calcul.

Une cheminée détermine avec sa base une certaine dépression, tandis qu'au sommet la pression intérieure est plutôt supérieurp à la pression atmosphérique, puisque les gaz tendent à s'échapper. Les fours placés avant une cheminée marchent donc en dépression, c'est-fi-dire que Tair tend à y rentrer par les issues. On peut, jusqu'à un certain point, modifier cet état de choses en étranglant au moyen du registre les conduits par lesquels les gaz se rendent à la cheminée ; on s'oppose alors à leur sortie et ils tendent <\ s'échapper par toutes les issues. La fumée sort par les portes du four..

Il est évident que dans ces conditions le tirage diminue ; il ne se maintient en quelque sorte que par la vitesse acquise d'un four à haute température qui pourrait marcher de cette manière par intervalle dans un temps limité.

On peut faire marcher les fours en pression si Ton place la cheminée en partie avant le four ; le foyer se trouve alors en contre-bas, et les flammes se rendent dans le laboratoire par un conduit vertical d'une certaine hauteur. Ce système s'emploie souvent dans les fours chauffés par des gazogènes ; avec les foyers ordinaires, il donnerait lieu à une certaine perte de température des flammes. L'on lie peut non plus établir qu'une différence de niveau très faible entre le foyer et le laboratoire ; mais comme la colonne gazeuse est alors très chaude, cette différence peut suffire pour donner un fort tirage et faire régner dans le four un léger excès de pression. Quand les fours ordinaires marchent comme nous le disions tout à Iheure avec le registre baissé, c'est la hauteur même du foyer qui forme cheminée et qui maintient jusqu'à un certain point le tirage.

11 parait préférable, lorsque l'on veut faire marcher les fours en pression, d'employer des foyers soufflés ; dans la plupart des usines, où la production des vapeurs ou de la force motrice a lieu sur une grande échelle, l'emprunt qu'il faudrait y faire pour alimenter les ventilateurs soufflants ne représentera qu'une dépense négligeable. Il sera sans doute compensé par la possibilité de faire marcher les foyers plus activement et par l'économie qui en résultera sur l'installation des fours.

Les cheminées se construisent le plus souvent en briques ; la forme carrée, qui permet d'employer les briques ordinaires, ne s'applique plus qu'aux petites cheminées qui font,pour ainsi dire, partie intégrante du four qu'elles desservent. Autrefois on cons-

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truisait ainsi une cheminée pour chaque appareil ou pour chaque groupe d'appareils. Cette pratique a à peu près disparu et on tend de plus en plus à centraliser le service dans une ou plusieurs grandes cheminées desservant tous les foyers d'une partie de l'usine. La forme ronde est alors plus rationnelle, car elle réduit au minimum le volume de la maçonnerie pour une section donnée ; on emploie alors des briques spéciales moulées d'après le rayon de la cheminée et qui très souvent sont «reuses.

La colonne est en général posée sur un socle plus épais,auquel on donne une hauteur à peu près égale à la racine carrée de la hauteur totale.

Les dimensions doivent être calculées de manière que la pression résultant du poids de la maçonnerie ne dépasse pas 6 kg. par centimètre carré, et que la résultante de Faction du vent tombe à Tintérieur de la construction. On emploie pour la colonne la forme conique avec une conicité de 25 à 30 mm. par mètre.

L'épaisseur va en diminuant depuis la base jusqu'au sommet ; cette variation est obtenue par la superposition d'une série de troncs de cônes que Ton nomme rouleaux et qui ont généralement 5 à 8 mètres de hauteur. Chaque rouleau est posé sur le précédent de manière à laisser à l'intérieur un redan de la largeur d'une brique, soit de 11 à 12 cm. suivant les cas. L'extérieur a donc la forme d'un tronc de cône régulier, et l'intérieur celle d'une série de troncs de cônes superposés rattrapant toujours la même section à leur sommet.

On choisira d'abord l'épaisseur au sommet qui doit correspondre aux dimensions d'une brique, ce qui peut être de 11, 22 ou 34 cm. Il vaut mieux en général prendre l'épaisseur de 22, qui permettra au besoin un exhaussement ultérieur ; une épaisseur supérieure pourra être adoptée pour les cheminées exposées à des feux violents. Le socle est formé par une colonne cylindrique dont l'épaisseur dépasse celle du dernier rouleau d'une épaisseur de briques à l'intérieur et de une ou deux à l'extérieur. Il se prolonge au-dessous du sol jusqu'aux carneaux communiquant avec les différents fours et repose sur la fondation, qui se compose en général de couches de béton ; ces couches reposent elles-mêmes sur des pieux battus et des pilotis lorsque le terrain n'est pas solide. Le socle est souvent carré ou polygonal : on y

ménage des ouvertures qui peuvent servir à sécher les maçonneries ou à faire des réparations intérieures.

La colonne de la cheminée est armée souvent de cercles de fer qui l'entourent à des intervalles régulière. Parfois on établit aussi des cercles intérieurs noyés entre les briques. L'utilité de cette dernière pratique est contestée : la présence au milieu de la maçonnerie de cercles de métal qui se dilatent plus qu'elle peut être une cause de dislocation.Aujourd'hui, on supprime souvent les cerclages intérieurs pour éviter Faction destructrice de la dilatation de la partie la plus chaude de la cheminée, et on construit à la base une double enveloppe intérieure en briques réfractaires de 5 à 7 mètres de hauteur, qui ne touche pas la maçonnerie et la protège contre le contact des gaz les plus chauds. Les cheminées doivent être munies de paratonnerres, sans quoi elles seraient fréquemment détruites par la foudre. On place souvent la pointe du paratonnerre suivant Taxe, en la soutenant par des armatures métalliques ; elle peut alors s'altérer rapidement par la fumée souvent acide. Il est préférable de disposer deux pointes sur les côtés. Ce sont deux barres en laiton légèrement divergentes et armées de pointes de platine. On les soude sur les premiers cercles d'armature, d'où part le conducteur qui se rend jusqu'au sol et s'y ramifie en branches qui vont se perdre dans des puits ou dans des tas de braise mouillée.

Les cheminées se construisent en général aujourd'hui sans échafaudage. Une plate-forme suspendue en haut de la partie de la colonne déjà faite sert au travail; des poulies placées sur la colonne elle-même servent à monter les matériaux par Tintérieur.

En Allemagne, on emploie souvent des briques spéciales moulées sous forme de voussoirs assez grands. Le montage est alors beaucoup plus rapide ; on arrive à construire une cheminée en deux ou trois semaines. On reproche à ces constructions expéditives d'être peu solides, d'avoir des joints tropépais ; cet inconvénient dépendra en grande partie du soin avec lequel auront été moulés les voussoirs, et avec la précision avec laquelle on aura su tenir compte du retrait des briques à la cuisson.

On fixe en général, à l'intérieur, des échelles en fer en vue de servir aux visites et aux réparations ; mais cette précaution est un peu illusoire, car les échelles sont spuvent mises promptement hors de service par l'action des gaz, et il ne faut pas se ris-

quer sur ces échelles sans grande attention. Quand on peut arrêter la cheminée, on fait les réparations à l'intérieur en scellantde nouveaux échelons auxquels on enroche à mesure les échafaudages ; si on doit réparer par l'extérieur, la construction de Téchafaudage peut devenir très-coûteuse. On a imaginé pour ce travail plusieurs types d'échafaudages mobiles.

En Allemagne, on remplace les échafaudages par des échelles maintenues par des crampons, que Ton enfonce à l'extérieur dans la maçonnerie. On place ainsi une première échelle, au sommet de laquelle on accrocjpe une console en planches ; sur celle-ci on appuie une deuxième échelle, qui sert à placer les crampons et que Ton fixe ensuite le long de la cheminée, puis on continue de même. On peut prolonger les consoles tout autour de la cheminée, en plaçant de proche en proche des crampons que lixe un ouvrier couché à plat ventre sur le bord de la console. Ce mode de réparation est économique, mais périlleux et fatigant.

Les cheminées peuvent être détériorées soit par la dilatation, soit par les tassements dans le sol, qui déterminent des crevasses, soit par flexion résultant de la poussée du vent. Lorsqu'elles évacuent des gaz très acides, la condensation corrode la partie supérieure ; cette dernière, qui est en outre la plus exposée au vent, doit être faite en briques de choix. On y emploie quelquefois des briques vitrifiées que Ton appelle briques de verre.

Quand les cheminées se sont inclinées par suite de tassements, on arrive quelquefois à les redresser d'un seul coup. Pour cela on scie la maçonnerie au-dessous de la partie déviée, de manière à enlever une certaine épaisseur du côté convexe. A mesure que Ton opère ce sciage, on soutient la colonne supérieure par de forts vérins ou par des coins. Lorsque le sciage est terminé, on enlève graduellement ces supports ou on abaisse les vérins, de manière que la partie qui se trouvait en porte-à-faux vienne reposer doucement sur sa base. Ce travail, pour être réussi, exigé que Ton ait mesuré très exactement le profil actuel de la cheminée et calculé avec précision la hauteur à scier de chaque côté.

Quand on démolit une cheminée, il peut y avoir intérêt à utiliser les briques. Pour éviter de les briser, MM. Bancroft ont établi dans une circonstance de ce genre un couloir vertical s'élevant jusqu'en haut de la cheminée et aboutissant en bas à une caisse en tôle fermée. Ce couloir avait une section peu supé-

rieure à celle des briques ; ea les y jetant, leur chute produisait une certaine compression de Tair^ qui ralentissait suffisamment leur vitesse pour éviter leur détérioration à Tarrivée dans la caisse.

Les cheminées en tôle se détériorent plus vite que les cheminées en briques : leur durée ne dépasse pas ordinairement 15 ans, mais leur construction est plus rapide et plus économique ; leur poids est moindre aussi, ce qui peut être d'un grand avantage en cas de fondations établies sur un terrain peu solide. On les monte sur un socle en maçonnerie ^ù Ton boulonne un anneau en fonte sur lequel on vient river les premiers rouleaux. Les viroles de tôle rivées ont une épaisseur diminuant de bas en haut^ allant par exemple de 14 à 7 mm. Le montage peut se faire sans échafaudage au moyen d'une plate-forme mobile que Ton fixe sur les viroles et qui sert à les y river successivement.

Ces cheminées doivent être amarrées avec des haubans pour résister à l'action du vent.

113. Tirag^e mécanique. —- Aujourd'hui les grandes cheminées, dont Tinstallation est coûteuse, rencontrent moins de faveur, et on tend à les remplacer par des procédés de tirage mécanique qui offrent l'avantage de mieux se prêter à produire un appel régulier, et d'avoir plus d'élasticité. Une cheminée donne une dépression à peu près constante, qui ne dépend que de sa température. Si les résistances au passage des gaz augmentent pour une cause quelconque, l'appel diminue et on n'a aucun moyen de l'activer, tandis qu'un ventilateur peut être réglé de manière à donner le volume nécessaire : s'il consume une certaine force, il permettra en revanche de mieux utiliser le combustible, les gaz pouvant alors subir un refroidissement complet.

On peut aussi placer à l'extrémité descarneaux ou à la base de la cheminée un ventilateur aspirant et soufflant qui aspire tout les produits de la combustion.

Ces appareils sont généralement en fonte. Ils ne peuvent supporter une température trop élevée et on ne peut les employer que si les produits de la combustion y arrivent déjà refroidis. Ils s'oxydent assez vite et se rongent si les gaz sont sulfureux ; ils peuvent encore s'engorger par les dépôts de poussières ou de suie : on devra donc les faire précéder de

chambres ou de carneaux assez vastes pour que les gaz y arrivent épurés.

t94l. Tirai^e par entrainement. — M. L. Prat a appliqué dans plusieurs installations de chaudières un système qui ne

présente pas les mêmes inconvénients. Le ventilateur est placé (fig. 69) en dehors du trajet des produits de la combustion ; il injecte de Tair à la base de la cheminée, cet air agissant sur les gaz par entraînement comme la vapeur dans Tinjecteur Giffard.

Les gaz arrivent par un cornet central conique ; Tair injecté se répand autour, dans une chambre assez large, puis le mélange s'échappe par un ajutage évasé, dont la hauteur doit être égale à peu près à sept fois le diamètre. La section est 15 fois plus petite que celle d*une cheminée équivalente, et la hauteur trois fois plus faible.

Cet appareil fonctionne à travail constant^ c'est-à-dire que le produit du débit par la dépression reste à peu près le môme. Dans de certaines limites, la dépression augmente avec les résistances et en raison inversé de la quantité de gaz appelée. Dans des conditions de bonne marche, la dépression est un peu supérieure à la pression de l'air injecté : elle peut atteindre une valeur quadruple lorsque les résistances deviennent considérables, mais alors il y a très peu de débit.

On a pu réaliser des dépressions de 160 mm. avec une combustion de 500 kil. par m* de grille et par heure. La puissance du ventilateur n'excède guère 1 0/0 de celle de la force motrice à desservir, soit un cheval pour 100 à 200 kil. de charbon brûlé par heure.

L'appareil peut être employé seul, l'ajutage en tôle, dont la hauteur varie de 6 à 15 m., servant de cheminée. On peut aussi le placer à la base d'une cheminée existante, dont on augmentera ainsi beaucoup l'énergie.

On a parfois employé pour activer le tirage des trompes à va-

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Fig. 69. — Tirage par entraînement système Prat.

peur, comme Tinjecteur Kôrting : ces appareils ne fonctionnent qu'avec de petits orifices ; leur rendement mécanique est médiocre, et ils ne peuvent guère s'appliquer pour de grands appels d'air. On s'en sert plutôt comme souffleurs, en les plaçant audessous de chaque grille.

176. Foyers à ^^rille. — Un foyer ordinaire peut être alimenté avec de Tair soufflé : il suffit de fermer le cendrier par une cloison que traverse une tuyère, et où Ton ménage une porte pour l'enlèvement des cendres. Cette disposition peut être appliquée à tous les fours que nous venons de décrire, rien n'est changé à leur marche ; seulement la pression intérieure est alors plus forte que la pression atmosphérique, et Tair ne tend plus à rentrer par les porfes du laboratoire. C'est un avantage dans les opérations où l'atmosphère du four ne doit pas être oxydante. En revanche, le travail devient plus pénible, à cause des flammes qui sortent par toutes les ouvertures.

La pression de l'air n'a pas besoin d'être forte, puisque les résistances à surmonter ne sont pas plus grandes que dans les fours à tirage naturel. Le volume d'air à fournir peut être considérable si l'atelier comprend un certain nombre de fours : on peut le calculer d'après la quantité de combustible à brûler à raison de 10 m^ environ par kilogramme, puisque dans ces fours on ne doit pas employer un excès d'air. La consommation ordinaire d'un four à réverbère actif varie de 100 à 200 kil. par heure : il lui faudra donc de 20 à 40 m^ d*air par minute.

Pour alimenter ces sortes de foyers, on emploie le plus souvent des ventilateurs à force centrifuge. On leur donne de petits diamètres et de grandes vitesses. On peut aussi employer des trompes Siemens ou des injecteursKôrting.

t1«. Foyers flans i^rlUe. — Pour éviter les pertes d'escarbilles et obtenir une combustion complète, on a essayé d'employer des foyers où le charbon est entassé dans une enceinte

s 3. — FOURS A FOYERS SOUFFLÉS i57

prismatique, et Tair injecté au moyen d'une tuyère,- sous une pression assez forte.

Ces foyers dégagent une forte proportion d'oxyde de carbone dont on produit la combustion au moyen d'une seconde tuyère placée au-dessus : ils fonctionnent donc à peu près comme des gazogènes. Leur substitution à des foyers ordinaires a procuré dans certains cas une économie de combustible de 30 à 40 0/0. Ils conviennent surtout pour des fours à haute température ; ils sont moins faciles à conduire que les foyers à grille quand on veut obtenir des températures variables. Le décrassage, qui se fait par une porte située à la partie inférieure, est assez difficile parce que la combustion, très active, et la température locale élevée provoquent la formation de mâchefers fortement agglomérés. Ce sont les combustibles purs ou à cendres fusibles qui se prêteraient le mieux à ce genre de foyers.

±77. Fours Cramptoo. — On peut rattacher aux fours à foyers soufflés le four Crampton. Cet appareil n'a pas de véritable foyer : le charbon, réduit en poussière menue, est versé dans une trémie au-dessous de haquelle passe un courant d'air soufflé ; ce courant entraîne la poussière en suspension, et on obtient un mélange inflammable qui va brûler dans le laboratoire même. On réalise une combustion assez complète, mais il faut du charbon très pur et très inflammable ; les applications de ce procédé sont donc très restreintes.

Lorsque le combustible est mélangé aux matières que Ton veut échauffer, les résistances opposées au passage de Tair deviennent bien plys fortes, et le tirage naturel ne suffît plus à déterminer une combustion active. Aussi les fours de cette catégorie ne peuvent être employés que pour réaliser des températures modérées. On ne s'en sert guère que pour les calcinations.

On peut diviser cette classe de fours en trois catégories : l^les fours à charge mobile et à marche continue ; 2^^ les fours à

i58 CHAPITRE II. — EMPLOI DES COMBUSTIBLES

charge fixe et à marche discontinue ; 3* les fours annulaires^ qu'on peut considérer comme des groupes de foiirs de la 2* catégorie réunis de manière à constituer un ensemble à marche continue.

198. Fonrfloonlants. -*- Les fours de calcination à charge mobile sont appelés fours coulants. Ils se composent en général d'une cuve verticale. L'orifice supérieur, appelé gueulard, reçoit des couches alternatives de charbon et de matières. A la base sont des ouvreaux par lesquels on soutire régulièrement les matières calcinées^ et qui servent à l'entrée de Tair. La marche du four est continue ; les couches supérieures descendent par leur poids à mesure que le vide se fait au-dessous ; le combustible s'échauffe et s'enflamme aussitôt qu'il a atteint une température suffisante. Supposons d*abord que la combustion se fasse à la base même de la cuve ; celle-ci sera traversée de bas en haut par un courant de gaz chauds, qui se refroidiront à mesure qu'ils s'élèveront. Ainsi le chauffage est méthodique, et^ d'après nos principes généraux, la chaleur sera bien utilisée à condition que le volume du four soit en rapport avec sa production. Celle-ci étant donnée d'avance, on aura à construire le four de manière qu'il ait un volume déterminé, que l'expérience indique pour chaque opération.