ESSAIS AU GAZ( GÈNE ET MÉTHODES D'ESSAI
Le choix de méthodes convenables et sûres dans les essais au gazogène constitue le problème le plus difficile qui confronte l'ingénieur de gaz et quand on a recours à de tels essais, non pour déterminer l'efficacité d'un gazogène déterminé, mais pour se rendre compte de l'adaption relative des différentes houilles à la fabrication de gaz de gazogène, tel qu'est le cas dans ce rapport, la difficulté n'en est pus amoindrie. Comme dans le cas des essais au générateur, il semble à première vue que ce soit une tâche facile de mesurer le combustible livré à l'appareil d'essai et la valeur calorifique du produit qui en dérive, mais quand on se met au travail, les difficultés pratiques se présentent immédiatement d'elles mêmes et avec un gazogène employant des houilles bitumineuses, les ennuis inhérant à la nature du travail à effectuer rendent la question encore plus complexe.
L'objet principal d'un essai au gazogène, quelqu'en soit le but, doit être de mesurer ou de déterminer:
(1) La quantité de valeur calorifique du combustible consumée par le gazogène en un temps spécifié.
(2) La quantité de la valeur calorifique de ce combustible actuellement utilisée et disponible dans le gaz fourni durant l'intervalle de l'essai à une machine ou à une fournaise.
(3) Les quantités et les items par lesquels on doit tenir compte de la perte ou la différence entre (1) et (2)
(4) L'adaption du gaz à l'emploi que l'on veut en faire et le service sur lequel on peut compter de la part du gazogène et l'absence de tout ennuis avec les combustibles que l'on emploie.
1 Pour la description d'une grande installation de laveurs “Theisen”” pour usine à 12 moteur de hauts fourneaux, voir Trans, A.S.M.E, Juin 1910. £ 0] ou » , . f .
Pur tre emplové d'une facon satistaisante dans une machine, le gaz moteur ne devrait pas contenir plus de 0-03 grain de matiere solide par pied cube et Îe guz devrait au moins être purifié à ce degré là.
‘ La question d'adopter un étalon pour les essais au gazogene est maintenant
(1910) considérée par un Comité de la Société Américaine des Ingénieurs Mécaniques.
La première difficulté qui se présente est celle de la détermination de la quantité de houille à consumer, car un gazogène contient une couche épaisse de combustible qui, en général, ne peut être qu'imparfaitement vue par quelques petits trous d'observation et qui peuvent être composée, à un degré inconnu, de cendres rouge vifet de rebut que l'on ne peut distinguer à l'œil nu du bon combustible, Si à la fin d'un essai on pouvait juger l'état de la couche de combustible et être certain que sa condition est exactement la même qu'au commencement, cette difficulté disparaitrait et la houille mise au feu et chargée dans le gazogène égalerait la houille consumée, Actuellement il peut y avoir des différences considérables entre des quantités, même dans un essai comparativement long et le gaz fourni par le gazogène peut avoir été produit par une quantité de combustible plus grande ou moindre que la quantité actuc'lement chargée dans le gazogène.
Le degré de consommation de la houille peut être calculé d: trois manières:
(a). D'après le poids de ia houille mise au feu et un € timé de la différence entre la valeur de combustible des contenus du .azogène "1 commencement et à la fin de la période d'essai. Dans et estimé on peut obtenir quele e aide des analyses chimiques donnant la composition des cendres et du rebut retiré du gazogène durant l'essai et de la ccuche de combustible (y compris ses cendres et son rebut) à la fin de l'essai.
(b). D'après une analyse suffisamment complète des gaz produits,
du mesurage de leur quantité et de la connaissance de la composition chiwique du combustible on peut faire un calcul montrant la quantité de combustible requise pour produire une quantité déterminée de gaz, considérant que tout le carbone dans le combustible brûlé réapparait dans le gaz produit.
(6). Dans un petit gazogène que l'on peut monter sur une bascule et peser continuellement pendant l'essai, le poids total perdu entre les moments auxquels le combustible est ajouté indique la quantité de combustible consommé et l'humidité qui en est partie; d'après celà et d'après d'autres considérations on peut estimer le combustible consumé.
Chacune de ces méthodes a son mauvais côté, mais dans l'ensemble, si l'on peut faire un essai d'une longueur suffisante il semble préférable d'employer (a), avec les précautions r’cessaires quand au traitement du rebut, etc., quoique cette méthode implique plusieurs sources sérieuses d'erreur et qu'un jugement sûr des conditions de la couche de combustible soit presqu'impossible. La méthode (b) de travail d'après les analvses de gaz et de combustible nécessite un travail chimique ardu et précis, et même lorsque l'on peut se servir d'analyses justes, une quantité inconnue de constituant volatiles ou gazeux provenant du combustible peuvent s'être dissous et avoir été emportés par le nettoyeur ou l'eau du laveur où peuvent s'être condensés ou déposés dans le système de tuyaux Des essais d'une longueur considérable qui ont été faits de cette manière ont souvent donné des résultats qui ne s'accordaient pas avec Îe degré count d'après le poids de la houille et il est rarement possible, dans les essais commerciaux de mesurer la quantité de gaz produits. La troisième méthode
ne peut être naturellement employée qu'avec de petits gazogènes: il est de plus nécessaire de tenir compte des différences dans la condition de la couche de combustible et dans ce cas également un long essai est nécessaire car le poids total du gazogène et de la charge est grand, comparé avec les petites pertes où gains en pesanteur qui doivent être déterminés.
Afin de se servir de la méthode (a) d'une manière satisfaisante, on doit porter une attention spéciale aux différents points suivants:
(1) Quand l'essai commence, le gazogène doit fonctionner à son degré normal de fonctionnement avec le même combustible dont on doit se servir durant l'essai et pendant une durée de temps suffisante pour amener le combustible dans son état régulier de travail. Cela requiérera habituellement de trois à dix heures, suivant le degré de travail et la quantité de combustible.
(2) On doit ajouter du combustible et enlever le rebut à intervalles déterminés et en quantités uniformes de façon à assurer une condition aussi constante que possible de la couche de combustible. Le niveau du combustible dans le gazogène doit être maintenu aussi uniforme que possible durant tout l'essai. Il n'est pas suffisant d'avoir simplement le même niveau de combustible à la fin comme au commencement de l'essai; par exemple si ce résultat est obtenu en ajoutant une quantité de houille fraiche juste à la fin de la période d'essai, il y aura évidemment une grande différence dans la condition du lit de combustible à la fin en comparaison avec celle du commencement.
On doit éviter autant que possible de remuer ou de déranger la couche de combustible. Cela est souvent difficile à suivre, surtout avec de petits gazogènes et avec CEUX qui emploient de la houille bitumineuse par suite des irrégu ari és de travail dues au collage de la couche de combustible ou à la formation de creux dans quel cas le remuage ou le chargement irrégulier sont inévitables.
La longueur de l'essai devrait être telle que l'erreur due à un faux estimé du contenu de combustible du gazogène soit petite, soit 212 pour cent à 5 pour cent. Cela est difficile à arranger et il est douteux si dans ces limites les nombreux essais de gazogènes qui ont été publiés sont bien précis. Afin de se former une idée de la longueur de l'essai requis, nous pouvons prendre par exemple un gazogène tel que celui qui est emp'oyé dans les essais de la Commission Géologique des Etats Unis,! ayant une couche de combustible de 7 pieds de diamètre et contenant environ 160 pieds cubes (ou 8,000 livres) de houille, excluant le volume de la couche de cendres. Il est évident que dans ce cas quand le travail se fait à un degré d'environ 15 livres de houille par pied carré de section transversale de couche de combustible par heure, ou 570 livres par heure, pas plus de 14 livres ne seront requises pour consumer un pied de houille égal au contenu de combustible de la couche. Une erreur de 20 pour cent ou 1600 ivres peut facilement être faite en considérant que le contenu de combustible de la couche de combustible est la même au commencement et à la
1 Com. Géol. des E.U. Doc. Prof. No. 48, Rapport sur l'appareil d'essai des houilles, 1906, IHlème Partie, p. 984.
fin de lessai: c'est pourquoi si la consommation totale de la houille est correcte avec un écart de + 5%, on doit mettre au feu au moins 32,000 livres ou l'essai doit être continué pendant 56 heures. Dans un essai de 24 heures l'erreur possible serait presque + 12 pour cent et les mêmes chiffres s'appliquent aux gazogènes de dimensions différentes,! l'erreur possible dépendant du degré de fonctionnement du gazogène
La charge du gazogène ayant été déterminée sous forme du nombre de livres de combustible consumé, multiplié par sa valeur calorifique? par livre, l'essai doit également inclure le mesurage de la production qui est évidemment la quantité de gaz produite (habituellement en pieds cubes) multipliée par sa valeur calorique par pied cube.
La quantité de gaz peut être trouvée (a) soit en la faisant passer à travers un compteur qui devrait être calibré avant et après l'essai au degré approprié et dans les conditions ordinaires de fonctionnement; ou (b) par un compteur Venturi ou un tube Pitot: ces deux méthodes nécessitent des travaux précis et ennuyeux si l'on veut obtenir des résultats fiables. Une troisième méthode (c) requiert l'emploi d'un récipient à gaz d’une capacité déterminée, dont l'élévation est déterminée pendant une période durant laquelle la quantité entière du gaz provenant du gazogène y est déchargée. La méthode du récipient à gaz est apparemment simple, mais peu d'usines à gaz sont outillées de récipients contenant un approvisionnement supérieur à une quantité fournie en quelques minutes et il peut se présenter des difficultés provenant de la tension dans le caisson à gaz ou dues à des changements rapides et inégaux dans la température et de la pression du gaz pendant que le mesurage est effectué, du temps perdu en faisant fonctionner les valves et d'autres causes qui toutes peuvent empêcher les résultats d'être précis. La méthode du compteur est généralement la plus satisfaisante quoique le coût d'un grand compteur précis soit très grand et que la difficulté de la calibrer soit considérable.
La qualité du gaz telle qu'indiquée par sa valeur calorifique est mieux déterminée, au point de vue pratique, en brûlant le gaz dans un appareil, tel que le calorimètre Junker ou Boys, dans lequel un volume mesuré de gaz rend pratiquement toute la chaleur engendrée à un courant continu d’eau refroidie et cette chaleur est mesurée par l'élévation de température de l'eau refroidie quand elle passe dans le calorimètre. Il surgit des difficultés d'une nature spéciale quand il s'agit de gaz faibles de peu d'intensité calorifique, et, dans ces cas, il n'est pas facile d'obtenir la combustion complète.f On donne plus loin une description d'un tel calorimètre. Le calcul de le valeur calorifique d'après la composition chimique des gaz estuti le au point de vue de la vérification quoique les difficultés dans l'obten-
ji Voir aussi Bulletin de la Com. Géol. 393, “Facteurs affectant la durée propre des essais.
2 Les méthodes de détermination de la valeur calorifique des combustibles sont discutées dans la IXème Partie de ce Volume. Voir aussi VIIème Partie.
3 Pour exemple des travaux et calculs faits avec le calorimètre de Junker, voir Proceedings, Inst. Mech. Engineers, Third Report to Gas Engine Research Committee, Appendice IL. Cela donne aussi des informations importantes en ce qui concerne les méthodes d'analyse de gaz pour le travail des machines à gaz.
atifs, et la nature laborieuse d’une
tion d'échantillons fréquents et représent mploi comparativement pue
analyse complète rendent cette méthoded'un € utile au point de vue commercial.
Quant à la qualité du gaz fourni par un gazogène un essai satisfaisant devrait donner de complètes informations en ce qui a rapport à l'adaption du gaz au but auquel on le destine et l'on n'obtient pas nécesla de la valeur calorifique ou de l'analyse chimique. Parmi ut faire des observations sont:
e par le gaz et déposée dans le
sairement ce les points sur lesquels on pe ({) La quantité de goudron porté système de tuyaux ou à l'entrée de la machine. (2) La quantité et la sorte de poussière, recue ttoyeur et transportée à la machine. le lampe formé ou transporté par
illie dans le système
de tuyaux, enlevée par le ne (3) Quantité de suie ou de noir €
le gaz.
4) Température du gaz fourni à la machine, en quittant le gazogène. (5) Pression ou vide dans le gazogène et dans les diverses parties du
système de tuyaux; fluctuations dans la pression durant l'opération.
(6) Uniformité dans la quantité et la qualité des gaz.
Le goudron et la poussière sont rapidement mesurés en filtrant une des papiers à filtrer spé-
quantité mesurée de gaz à travers des filtres ou ciaux. Les quantités déposées dans le système de tuyaux ne peuvent être déterminées que par un nettoyage périodique.
Les observations de la température du gaz qui quitte le gazogène sont extrêmement importantes Car elles aident au contrôle effectif du travail du gazogène. Des changements soudains où gradués dans cette température indiquent des changements dans les conditions de travail de la couche de combustible dont on doit a’ s s'occuper en temps et lieu pour éviter les ennuis considérables provenant de la variation dans la valeur calorifique ou la pression des gaz. Les fluctvations dans la valeur calorifique ou la pression des gaz sont extrèmement ennuyeuses quand elles nécessitent des changements continuels dans l'ajustage des valves des machines.
Quand on essaye différentes houilles dans un gazogène il est nécessaire non seulement de faire toutes les observations possibles sur le rendement et l'économie du gazogène avec les différentes houilles essayvées, mais aussi d'enregistrer toutes Îles informations que l'on peut obtenir quant à l’adaptation relative des différents échantillons en opération dans le gazogène. L'expérience obtenue en ce qui concerne les points suivants est importante:
(4) Main-d'œuvre requise pour manœuvrer la houille et veiller au feu dans le gazogène. Ce point est affecté par la propriété des houilles elles-mêmes de coller ou de produire du mâchefer et par le fait que le gazogène peut fonctionner avec des conditions relatives à la couche de combustible qui ne s'adaptent pas au combustible particulier qui est soumis à l'essai. Par exemple un approvisionnement de houille insuffisant peut causer des ennuis procurés par le mâchefer avec une houille qui travaillerait bien avec un gazogène à une température inférieure. Ou bien la construction du gazogène peut ne pas être adaptée à ce combustible en parti-
culier.
(2) Main d'œuvre requise pour manipuler les cendres et le rebut.
(3) Ennuis provenant du goudron et des matières volatiles dans la houille.
(4) Ennuis provenant de la couche de combustible, dus à la nécessité d'un remuage excessif ou à la grosseur particulière et à la nature des morceaux de combustible. Par exemple, avec certaines lignites, qui se brisent en petits morceaux quand elles chauffent, ou avec certaines grosseurs et sortes d'anthracites, les ennuis peuvent facilement se présenter.
(5) ‘ . de la profondeur du lit de combustible sur -avail du gazogène ue combustible. Des combustibles tels que la tourbe requiéreront } tnir un travail effect une profondeur de couche très différente de ceile qui donnera de bons résultats avec une houille dure.
(6) Ennuis provenant de la déposition de suie ou de noir de lampe. Cette matière, quand elle est déposée dans le gazogène, semble souvent pratiquement incombustible et il est difficile de s'en débarrasser.
(7) Difficultés dues à la nature et à la quantité de soufre dans la houille. Ces difficultés se sont souvent rencontrées dans les essais prolongés avec certaines houilles et ont causé la corrosion de pièces de fer exposées aux gaz humides.
(8) Effet de l'humidité inhérente de la houille sur la quantité de vapeur requise. Cela est très marqué avec les lignites, dont beaucoup travaillent bien dans un gazogène sans aucun approvisionnemnt de vapeur.
L'estimé précis des différentes pertes de chaleur dans un essai au gazogène est impossible, comme on peut le voir quand on considère les difficultés qui entourent le mesurage des différentes quantités dot dépend un tel estimé. Pour les essais commerciaux ordinaires au gazogène, ou pour une série d'essais comme ceux qui sont rapportés ici, pris comme base de comparaison des différentes houilles. De tels résultats détaillés ne sont heureusement pas nécessaires. Cependant on peut indiquer ci-dessous les pertes en question. Les principaux items sont les suivants
Pertes dans le gazogène lui-même:—
Radiation.
Chaleur perdue dans la cendre et dans le rebut enlevé.
Chaleur perdue en évaporant l'humidité dans la houille.
Valeur calorifique du combustible dans la cendre et le rebut enlevé.
Valeur calorique du carbone ou de la suie déposée dans le gazogène.
Pertes dans les tuyaux, le vaporisateur, et les appareils de nettoyage des gaz :—
Radiation.
Chaleur employée à chauffer l'eau dans le nettoyeur et dans le laveur et en saturant les gaz avec de ‘a vapeur d'eau.
Valeur calorifique du combustible déposée dans les tuyaux et le vaporisateur.
s0 Valeur calorifique du combustible dissous et emporté par le nettoyeur et l'eau du laveur.
Et finalement :
Chaleur emportée au récipient à ga température du gaz.
La chaleur dépensée dans !| l'approvisionnement de vapeur suffisante serait une perte si le gazogène ne fournissait pas Sa pro- La valeur calorique du gaz ou de la houille correspondant au laver, fournir d'air les machines devrait
z où à la machine due à la haute
a formation de
pre vapeur.
pouvoir employé à actionner, naturellement être pris en considération.
Les résultats pratiques obtenus avec les gazogè es ces pertes, leur montant tota
nes actuels démontrent
qu'en considérant tout 1 semble être ainsi
qu'il suit:— Pertes totales dans une installation de gazogène, pourcentage de la valeur calorifique de la houille mi-
Type de Gazogéne se au feu, charge complète Gazogène à Succion, petite dimension employant de Panther der rt NERF ANNEE EREr* 15% à 25% Gazogène à Succion, grande dimension... 10€4 à 20% la houille bitumineuse. 2504 à 45%
Petit gazogène employant de Grand gazogène employant de avec installation de régénérateur, Bt rue au-dessous de sa propre capacité, le appréciable.
la houille bitumineuse
Quand le gazogène fonctionne llement diminué d'une façon qui est d'un intérêt primordial pour celui lle du rendement de son gazogène seulea pile de houille au puits de la mafacilement que les rendements
rendement est nature
En pratique la quantité qui se sert du pouvoir n'est pas ce ment mais le surplus de rendement de chine et cela est heureusement mesuré plus
séparés dont il dépend.
