FOYERS DE CALORIFÈRES A AIR CHAUD
S60. Les ligures t3(), l'iy représentent une des dispositions les plus employées pour foyer de calorifère à air chaud. La grille, ordinairement de forme ronde, repose sur un cadre à la base d'une cloche hémisphérique en fonte, surmontée d'un tuyau de dégagement pour les gaz de la combustion.
La cloche, placée souvent au milieu de la chambre du calorifère et entourée des tuyaux de chauffage, se trouve '*' ' '
assez éloignée de la face du fourneau , et aOn de pouvoir faire facilement le chargement sur la grille, on fait venir de !
fonte, à l'avant de la cloche, une longue tubulure , qui s'ouvre dans une embrasure ménagée ^-jg, ,3^,
dans la maçonnerie et qui est
fermée par une porte ; au-dessous, une tubulure semblable sert pour le cendrier.
La cloche est exposée au rayonnement ardent du foyer ; elle
est refroidie seulement par la circulatioo de l'air, qui a un pouvoir refroidissant beaucoup plus faible que l'eau, de sorte que la température du métal s'élëve beaucoup plus que dans les chaudières à vapeur et arrive fréquemment au rouge. Il en résulte deux graves inconvénients : le premier, c'est que l'air, au contact des surfaces rougies, s'altëre, contracte une mauvaise odeur, et lorsqu'il est destiné & la ventilation des lieux babités, i) n'a plus les mêmes propriétés hygiéniques que l'air pur; le deuxième est la destruction rapide de la cloche , sous l'action de celte température élevée, ce qui obUge, pour un service un peu actif, à la remplacer à d'assez courts intervalles.
261. Pour diminuer cette température exagérée, on a essayé de refroidir la cloche en ménageant, dans l'épaisseur, des conduits verticaux (fîg. i38, ■ 39) prenant l'air dans le cendrier, et l'amenant à la hauteur du tuyau de dégagement, à la rencontre des gaz de la combustion. On espérait, par celte circulation d'air froid dans l'intérieur du métal, abaisser la température et, de plus, par cette injection d'air au-dessus du feu, favoriser la combustion des gaz incomplètement brûlés qui se dégagent du foyer. Mais l'expérience a prouvé que l'air circulait mal dans ces conduits étroits,
Fig. iSg.
fortement chauffés ; l'effet espéré n'a paa été réalisé, et la cloche, plus fragile, s'est détruite plus rapidement.
86S- Dans le même ordre d'idées, pour obtenir une durée plus loDgue, on a formé la cloche (fig. i4o, i4 1 ) d'un certain nombre de couronnes annulaires , très épaisses , munies de nervures saillantes et s'embolEant, au moyen de rainures , les unes sur les autres. Cette division de la cloche en parties séparées avait pour but, d'abord de laisser la dilatation plus facile, elpuis, de faciliter les
réparations eu permettant . ,
de remplacer exclusivement lescouronnesannulaires détruites par l'action du feu, sans être obligé d'enlever toute la cloche. Les nervures avaient aussi pour effet, en augmentant la surface de refroidissement , pj ,<, d'abaisser la température
du métal; celte disposition assez compliquée a reçu peu d'applications.
263. Une forme de foyer pour calorifère k air chaud, assez employée, est représentée figures 142 et i43.
La cloche est de forme ovoïde ; la porte de chargement se trouve à une extrémité et la tubulure de dégagement des gaz de la combustion à l'autre extrémité. C'est une forme simple qui
dispense des longues tubulures de chargement des dispositions précédentes. La fonte, à l'intérieur du foyer, porte des nervures arrondies peu saillantes qui ont pour but d'cmpêclier l'adhérence des mâchefers et d'augmenter la résistJg. i!,i. Fig. 143.
tance.
La grille est de forme rectangulaire, ce qui est plus commode pour le chargement et permet d'avoir tous les barreaux semblables. Au-dessous est le cendrier avec cuveltc en fonte pleioed'eau.
Quelquefois, dans le but de conserver la cloche et de l'em-
pêcher de rougir, on construit à l'intérieur un revêtement en briques réfractaires.
Les figures i44 ot i4^ représentent la disposition adoptée par M. Grouvelle. La cloche est de forme à peu près cylindrique, surmontée d'une coupole hémisphérique avec tubulure pour le dégagement des gaz.
La paroi cylindrique en fonte est évidée de manière à loger et à bien maintenir la construction en briques. Ce revêtement, en matière peu conductrice de la chaleur, réduit considérablement la chaleur transmise à la cloche, empêche sa température de trop s'élever et lui assure ainsi une plus longue durée. Il faut avoir soin de le maintenir en bon état ; il se détruit assez rapidement sous l'action de la chaleur et du choc des outils du chauffeur.
Avec ce revêtement de maçonnerie, la surface de la cloche est moins efficace et la quantité de chaleur fournie par le calorifère est diminuée.
264. Les foyers, ayant pour but essentiel la production de la chaleur par la combustion, doivent être conduits de manière à obtenir une combustion aussi parfaite que possible. C'est la première condition pour utiliser la puissance calorifique du combustible et réduire par conséquent la consommation au minimum.
Examinons comment se produit la combustion dans les foyers que nous venons de décrire et jusqu'à quel point les conditions que nous avons reconnues nécessaires (ii) peuvent y être réalisées.
Quand le foyer est allumé, il faut, pour maintenir la combustion, Talimenter avec une certaine régularité et dans la mesure nécessaire à la production de chaleur dont on a besoin.
On procède généralement par chargements intermittents ; à
Ser. 26
certains intervalles, qui varient ordinairement entre lo'et 20' pour les foyers de chaudières à vapeur, le chauffeur alimente le foyer en jetant du combustible frais sur la couche en ignition ; il doit le répartir de manière à établir une épaisseur régulière sur la grille.
Par la manœuvre du registre, il règle Taccès de Tair afQuenl et par suite la quantité de combustible brûlé dans un temps donné , pour la proportionner aux besoins.
Entre deux chargements, surtout lorsque les houilles sont collantes, le chauffeur est obligé de ringarder le foyer, de rompre les morceaux qui se sont agglutinés, de rétablir l'égalité d'épaisseur de la couche en comblant les vides ou les creux qui ont pu se produire et par oîi Tair passerait en trop grande abondance.
266. De temps en temps, le chauffeur enlève les cendres qui tombent dans le cendrier et les mâchefers qui ^'accumulent sur la grille. Ces résidus proviennent des substances incombustibles qui se trouvent dans la houille et qui, après la combustion, affectent divers états suivant leur composition et la température du foyer.
Si ces matières n'éprouvent aucune trace de fusion, elles se réduisent en cendres pulvérulentes qui passent à travers la grille, tombent dans le cendrier d'où on les enlève sans difficulté.
Assez souvent elles éprouvent au feu une sorte de fusion pâteuse et forment alors sur les grilles des masses agglutinées qu'on appelle des mâchefers^ qui sont souvent très volumineuses et finiraient par obstruer le passage de l'air si on ne les enlevait en temps utile. Pour cette opération, le chauffeur commence par rejeter, aussi rapidement que possible sur une moitié de la grille, tout le charbon en ignition, et met ainsi à découvert, sur l'autre moitié, le gâteau de mâchefer adhérent aux barreaux ; il le brise à coups de ringard et le retire en morceaux par la porte. 11 opère de même pour l'autre moitié de la grille.
Ce travail de décrassage est long et pénible, et pendant tout le temps qu'on l'exécute, l'air pénètre abondanmient par la porte
ouverte et refroidit le fourneau; aussi Temploi des houilles produisant beaucoup de mâchefer est-il très désavantageux sous tous les rapports.
En même temps que les cendres, il passe, à travers la grille, de petits morceaux de charbon enflammés transformés en coke qu'on appelle des escarbilles. Quand, au fond du cendrier, il y a une bâche pleine d'eau, ces charbons s'éteignent immédiatement , et les chauffeurs soigneux les séparent des cendres par un criblage et les chargent de nouveau sur la grille avec le combustible.
266. Il faut avoir soin de régler l'épaisseur du combustible en rapport avec le tirage, afin d'obtenir une combustion à peu près complète sans trop grand excès d'air. C'est un point délicat qui demande de la part du chauffeur du soin et de l'intelligence, car il doit apprécier, à l'aspect du feu, suivant le combustible qu'il emploie et le tirage dont il dispose, quelle est l'épaisseur la plus convenable. **^
Des analyses des gaz de la combustion que l'on peut faire rapidement au moyen de l'appareil Orsat (ea) fournissent à ce sujet les indications les plus utiles.
Une trop forte épaisseur amène dans les couches supérieures la transformation de l'acide carbonique en oxyde de carbone et une perte de chaleur considérable. C'est ce qui a lieu dans les locomotives pendant le stationnement; l'épaisseur, réglée pour le tirage actif du jet de vapeur, est beaucoup trop forte quand l'échappement n'agit pas, et il se produit de l'oxyde de carbone.
Les gazogènes, destinés à produire des gaz combustibles, ne sont en réalité que des foyers chargés sur une trop forte épaisseur par rapport au tirage.
Une épaisseur trop faible a un inconvénient inverse : il passe trop d'air en excès, ce qui refroidit le fourneau, et augmente, avec le poids écoulé, la quantité de chaleur emportée par les gaz dans l'atmosphère, au sommet de la cheminée.
En général les chauffeurs ont une tendance à exagérer l'épais-
seur afin de charger moins souvent. L'expérience indique que les charges faibles et répétées sont favorables à Féconomie du combustible. On conçoit en effet qu'entre deux chargements les variations d'épaisseur sont d'autant plus sensibles que ces chargements sont plus espacés, et par conséquent, on s'éloigne davantage de l'épaisseur qui convient à la meilleure combustion.
Si par exemple le tirage est réglé pour une combustion de houille de 65 kilog. par mètre carré et par heure, et si on charge toutes les lo', il faut introduire chaque fois, dans le foyer, un
poids de -tt-= io*,8 environ, par mètre carré de grille.
L'épaisseur par ce chargement est augmentée de — ^=: o",o 1 2
(900 kil., poids du mètre cube de houille). L'épaisseur moyenne du combustible étant de o",io à o",i2, on voit qu'en chargeant
toutes les 10', on la fait varier de — environ.
Si le chargement n'a lieu que toutes les 20', il faut introduire chaque fois 2i'',6, et l'épaisseur varie de =^, ce qui constitue une
différence sensible dans les conditions de marche avant et après le chargement.
Cette différence devient beaucoup trop marquée si on ne charge que toutes les 3o', comme on le fait quelquefois, et la combustion est mal réglée la plus grande partie du temps.
Dans certains cas cependant, on est conduit à faire les chargements à de longs intervalles; c'est ce qui a lieu par exemple pour les foyers des calorifères à air chaud, où on n'a généralement, pour les conduire et les charger, qu'un homme occupé à d'autres services et qui ne peut s'occuper du calorifère, pour ainsi dire, qu'à ses moments perdus.
On charge alors sur de plus grandes épaisseurs et on couvre le feu avec des cendres pour le modérer. Les conditions de combustion sont évidemment mauvaises et ou perd du charbon ; mais, d'un autre côté, on n'a pas les frais d'un chauffeur spécial, et
dans beaucoup de cas, pour le chauffage des maisons particulières notamment, on sacrifie la bonne combustion à la facilité du service. Il n'en devrait pas être de même pour de grandes installations.
267. Les conditions dans lesquelles s'opère la combustion, entre deux chargements, varient non seulement avec l'épaisseur, mais encore avec les modifications que le charbon éprouve sous l'action de la chaleur.
Lorsqu'on jette de la houille fraîche sur de la houille en ignition, l'effet immédiat est à la fois le refi^oidissement du foyer et l'obstruction des passages d'air, par les particules plus ou moins menues qui se trouvent dans la houille ordinaire, ce qui réduit momentanément le volume de l'air.
Sous l'action de la chaleur du charbon en ignition recouvert par la nouvelle couche et du rayonnement des parois, la houille distille et émet rapidement des gaz combustibles, en quantité plus ou moins grande suivant sa composition. Comme l'air est précisément réduit au minimum à ce moment, les conditions de la combustion sont particulièrement mauvaises. L'air arrive en moins grande quantité et la température est abaissée, au moment où, par suite de l'abondance des gaz, il faudrait le maximum d'air et une température élevée. Cet état fâcheux se traduit par un dégagement de fumée plus ou moins abondant.
Les particules menues étant brûlées les premières et les plus fines entraînées même quelquefois par le courant d'air, les intervalles entre les morceaux se dégagent peu à peu et l'air arrive de plus en plus facilement. En même temps, la distillation se réduit, le volume des gaz combustibles diminue, et il arrive un moment où les conditions sont satisfaisantes.
La combustion se poursuivant, l'épaisseur diminue, la houille se transforme en coke, le dégagement des hydrogènes carbonés cesse et l'air arrive de plus en plus facilement, de sorte que son volume devient bientôt trop considérable et qu'il passe non altéré avec les gaz de la combustion. Cet effet s'accentue
jusqu'à un nouveau chargement, à partir duquel les mêmes phénomènes se reproduisent successivement.
Il n'y a donc réellement qu'une courte période, entre deux chargements, pendant laquelle les conditions de la combustion sont satisfaisantes. La durée relative de cette période est d'autant plus grande que les chargements sont plus rapprochés, et en outre on s'écarte d'autant plus des bonnes conditions que Tintervalle des chargements est plus grand.
On voit d'après cela que la fréquence des charges doit être favorable à la bonne combustion, et c'est ce que l'expérience confirme. Toutefois la fréquence des charges exige un travail plus grand de la part du chauffeur; l'ouverture trop répétée des portes, eu introduisant de grands volumes d'air, n'est pas non plus sans inconvénient.
Il y a donc une limite, une mesure qui varie suivant le foyer, le tirage et la nature du combustible, et qu'un chauffeur intelligent ne tarde pas à reconnaître.
268. Dans certains centres industriels, on a organisé des concours de chauffeurs afin d'exciter entre eux l'émulation et de leur enseigner la meilleure manière de mener un foyer.
Chaque concurrent est chargé de conduire pendant un certain temps, ordinairement un jour, le foyer d'une même chaudière à vapeur, avec la même espèce de combustible. On mesure la quantité d'eau vaporisée et le poids de combustible brûlé, et le prix est donné au chauffeur qui a conduit le foyer dans les conditions les plus économiques. On note en même temps le nombre de chargements, les variations de pression, les manœuvres du registre, etc., de manière à apprécier les causes qui peuvent influer sur le rendement.
On a toujours remarqué, dans les concours, que les meilleurs résultats étaient obtenus par les chauffeurs qui chargeaient souvent et peu à la fois, et que l'habileté du chauffeur jouait un rôle considérable dans l'économie du combustible, qu'il y avait entre des hommes, en général d'une habileté au-dessus de
la moyenne, puisqu'ils se présentaient pour concourir, des différences de 5o p. 100, c'est-à-dire que les uns consommaient i5o kilogrammes et même davantage pour faire le service que d'autres effectuaient avec loo kilogrammes.
269. La variation d'afflux de l'air à travers le combustible entre deux chargements est plus considérable qu'on ne pourrait le croire. Voici le résultat de quelques expériences que nous avons faites à ce sujet.
Le foyer expérimenté était intérieur et appliqué à une chaudière à vapeur du type Cornwall (254). On mesurait la pression de l'air et des gaz, dans le foyer et dans le cendrier, au moyen de deux manomètres à tube incliné très sensibles. On avait ainsi, à chaque instant, les variations de pression des deux côtés de la couche de combustible. Au moven d'un anémomètre, disposé dans un gros tuyau placé en avant du cendrier, on avait la vitesse de l'air affluent et on en déduisait, d'après le rapport des sections, la vitesse de l'air répartie sur toute la section de la grille.
Le tableau suivant donne les résultats, pour un intervalle entre deux chargements d'une durée de 22 minutes. Les pressions et les vitesses ont été relevées de minute en minute, à partir du moment où la porte a été fermée ; on a inscrit, dans la 2* colonne, la dépression dans le foyer en millimètres d'eau, dans la 3** la dépression dans le cendrier, dans la 4*^ 1& différence de ces nombres, exprimant la perte de charge au passage de l'air à travers la grille et la couche de combustible, et enfin dans la 5* colonne la vitesse de l'air au-dessous de la grille.
Le tirage était réglé à raison d'une combustion de 66 kilogrammes de houille par mètre carré de grille; l'épaisseur de la couche de 0,12 environ.
La houille employée était du tout-venant du Pas-de-Calais un peu gras, renfermant environ 35 p. 100 de gailleterie.
Combustion dans on foyer intérieur, à raison de 66 kilogrammi environ de houille par mètre carré de grille et par heure.
Tableau des dépressions et des vitesses.
TEMPS ooMPTi su mvxm»
depuis le chargement.
ao
Moyennes.
rOYXR.
DEPRESSIONS (en millimètres d*eau)
CIHDHin.
DirrÉsnci.
VITESSE
DB l'a»
sons la grille.
270. La figure 146 représente graphiquement les variations de pression dans le foyer et le cendrier entre deux ohargements. Les temps en minutes sont comptés sur Taxe des abscisses ; les dépressions par rapport à la pression atmosphérique sont comptées en ordonnées au-dessous de Taxe.
La ligne MABM^ représente les variations dans le foyer, la ligne
mabm^ dans le cendrier. La portion d'ordonnée comprise entre les deux 00 urbesindiquepar conséquent Tcxcès de pression ducendrier
Fig. i46.
sur le foyer, c'est-à-dire la résistance de la grille et du charbon. 871. Le tableau suivant donne les résultats obtenus en
Combustion dans an foyer intérieor, à raison de 60 kilogrammes environ de houille par mètre carré de grille et par heure.
Tableau des dépressions et des vitesses.
DÉPRESSIOiNS
TEMPS
COMPTf BU MIIC1ITB8
(en millimètres d'eau)
VITESSE
depuis le chargement.
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ccjiDftim.
DIFFiBCXCB.
Dl LAIB
SOUS la grille.
o,ii5
la
Moyennes . • .
de quelques manœuvres. Dans tous les cas, il convient, pour les faciliter, que les leviers ou les chaînes de commande soient à sa portée.
Nous verrons plus loin des appareils dans lesquels on a cherché à régler l'admission graduée de l'air d'une manière automatique.
274. Pendant le chargement, la porte reste forcément ouverte et il s'introduit alors directement, au-dessus du combustible, de grandes masses d'air qui refroidissent la chaudière et le fourneau, et peuvent produire dans certains cas des accidents graves en amenant des contractions brusques et des ruptures. Les chauffeurs soigneux baissent le registre au moment du chargement, juste ce qu'il faut pour conserver le tirage vers la cheminée sans amener un reflux de gaz par la porte ; c'est une très bonne pratique à suivre.
On a imaginé des dispositions qui avaient pour but de forcer le chauffeur à baisser le registre au moment du chargement. C'est ainsi qu'on a suspendu devant la porte le contrepoids qui fait équilibre au registre, de sorte qu'il fallait forcément le soulever et baisser le registre pour ouvrir la porte et faire le chargement. On a aussi relié la porte au registre au moyen de chaînes et de leviers, de manière à rendre leurs mouvements solidaires.
Une autre combinaison consiste à placer en avant du fourneau une plaque mobile qui s'abaisse sous le poids du chauffeur quand il vient devant le fourneau pour le chargement et dont le mouvement se transmet au registre pour le fermer. Plusieurs de ces dispositions sont fort ingénieuses et pourraient assurément rendre des services; mais elles entraînent une certaine complication qui presque partout a fait renoncer à leur emploi.
275. Mouillage des houilles. — Une pratique assez générale des chauffeurs consiste à mouiller la houille avant de la
charger dans le foyer. On pourrait croire au premier abord qu'il ne peut en résulter qu'une perte, puisqu'il faut fournir la chaleur qui est nécessaire pour la vaporisation de Teau. Cette pratique peut cependant se justifier en remarquant qu'elle peut modérer une distillation trop rapide dans les premiers moments du chargement et par suite contribuer à réaliser une combustion plus complète.
276. Autre mode de chargement. — Dans le même but, on fait quelquefois le chargement du foyer autrement que nousTavons indiqué (26«). Au lieu de répandre uniformément le charbon sur la grille, le chauffeur pousse rapidement à l'arrière le combustible qui se trouve sur l'avant et le remplace par du combustible frais. Ce mode de chargement a pour effet de rendre, au premier moment, la distillation de la houille moins rapide en ne la chauffant plus en dessous, et en diminuant la surface de dégagement des gaz.
De plus le combustible à l'arrière de la grille, étant à l'état de coke, laisse passer l'air plus facilement pour brûler les gaz combustibles qui se dégagent de l'avant. Ce mode de chargement, quoique assez rationnel, n'est guère en usage. Il est plus pénible pour le chauffeur et il a l'inconvénient de laisser, pendant un certain temps, une partie de la grille complètement découverte, ce qui donne passage à un grand volume d'air refroidissant, avec tous ses inconvénients.
277. Ronflement des fourneaux. — Dans certains cas l'air affluent dans le foyer arrive dans des conditions telles qu'il se produit un ronflement très énergique qui fait vibrer violemment les chaudières, les fourneaux, et peut se transmettre par le sol et par les murs à de grandes distances. On a attribué ces vibrations à une série de petites explosions d'hydrogènes carbonés audessus du combustible, mais il est plus probable qu'elles résultent d'une vitesse exagérée des gaz qui produit des ondes sonores ; on arrive à les faire cesser en modifiant la vitesse du
courant d'air par la manœuvre du registre ou de la porte du cendrier.
278. Composition des gaz de la combustion. — L'analyse des gaz de la combustion a été faite par un grand nombre de chimistes. Les résultats sont en général assez peu concordants et on y constate de nombreuses anomalies.
Le manque de concordance s'explique parfaitement par la variété des éléments qui interviennent dans la formation des gaz. La composition dépend en effet de la nature du combustible, de son épaisseur et de sa répartition sur la grille, de l'activité du tirage, de la période de la combustion, de la position de la prise de gaz, etc. Le puisage des gaz se faisant en général pendant un temps très court, on a une composition qui correspond à un état particulier et local et qui se modifie à chaque instant.
Pour avoir une composition moyenne, M. Scheurer Kestner a effectué la prise, pendant tout l'intervalle entre deux chargements, au moyen d'un appareil spécial aspirant d'une manière très lente, et prenant ainsi du gaz à toutes les périodes de la combustion.
Ses expériences avaient surtout pour but de déterminer l'influence de la proportion d'air employé à la combustion.
On a fait varier le volume d'air, par Jdlogramme de houille brûlée, depuis 8™% 889 jusqu'à i6"%i82; comme celui strictement nécessaire était 7™%84o, le rapport était, dans le premier cas, de 1,07, dans le second de 2,19, c'est-à-dire que plus de la moitié de l'oxygène échappait à la combustion.
Le tableau suivant fait connaître les résultats des analvses suivant la proportion d'air employé ; il donne, en volumes, la composition des gaz de la combustion.
Composition des gaz de la combustion, en volumes, suivant
la proportion d^air employé.
PROPORTION d'air EMPLOYÉ
Acide carbonique
Oxygène
Oxj'de de carbone
Hydrogène
Vapeur de carbone
Azote
i,ai
ia,89 5,53
M. Scheurer Kestner tire de ces analyses les conclusions suivantes :
L'oxyde de carbone existe toujours dans les gaz de la combustion, mais parait diminuer à mesure que la proportion d'air augmente. Il en est de même des hydrocarbures et la diminution est plus marquée.
La proportion d'hydrogène varie irrégulièrement et se maintient ordinairement entre o,5o et i,5o p. 100 du volume des gaz de la combustion; elle correspond à 20 p. 100 environ de la quantité d'hydrogène qui existe dans la houille.
Les gaz combustibles pris ensemble diminuent à mesure que la proportion d'air augmente. On trouve, pour les pertes de chaleur résultant de la combustion incomplète, les nombres suivants :
Pour 8 h 9°*^ d'air par kilogr. de houille, 6 à 18 7o du carbone de
la houille.
12 et au delà — 0,9 à 4 7o —
Ces analyses, et toutes celles qui ont été faites par MM. de Marsilly, Foucou et Amigues, établissent que la proportion de gaz combustibles dans les gaz qui s'échappent d'un foyer
diminue en général à mesure que le volume d'air augmente. Au point de vue de la combustion complète, il y a donc avantage à régler la combustion avec un grand excès d'air, mais comme, d'un autre côté, plus cet excès est considérable, plus est grand le volume des gaz chauds, et par suite la chaleur emportée et perdue à la sortie de la cheminée, on conçoit qu'entre ces deux causes, agissant en sens inverse, il doit y avoir une proportion qui donne les meilleurs résultats au point de vue de l'utilisation.
L'expérience indique que, pour avoir le meilleur rendement du combustible, il convient que l'excès d'air ne dépasse pas 5o p. 100, ce qui correspond à un poids de i8 kilogrammes d'air environ par kilogramme de houille et que cet excès se rapproche de 25 p. 100, soit i5^*' d'air par kilogr. de houille.
Les analyses révèlent toujours, dans les gaz de la combustion, la présence simultanée de l'oxygène libre et de gaz combustibles; la combinaison ne s'est pas effectuée. Ce fait prouve que ces gaz ne sont pas venus au contact ou du moins qu'ils n'y sont pas venus dans des conditions de température convenables pour que la combinaison put se faire. Ainsi que nous l'avons dit (il), il ne suffit pas de fournir au combustible le volume d'air nécessaire pour sa combustion, il faut encore assurer le mélange des gaz comburants et combustibles par des dispositions produisant à la sortie du foyer, à une température suflîsante, des remous et des tourbillons; si ces remous ne se produisent qu'à une grande distance du foyer, les gaz sont trop refroidis pour que la combustion s'effectue.
Les foyers à flamme droite et à courants réguliers et parallèles sont moins bons parce que les veines gazeuses marchent à côté les unes des autres sans se mélanger.
279. Pour le même motif, il faut éviter aux gaz de la combustion, à la sortie du foyer, le contact de grandes surfaces froides et maintenir une température élevée jusqu'à la combustion complète. Le refroidissement amène l'extinction de la flamme.
FONCTIONNEMEiNT DES FOYERS. 417
M. Scheurer Kestner a constaté Tinfluence du refroidissement sur la production de la fumée par Texpérience suivante. « Lors- « qu'on introduit un tuyau métallique dans le courant gazeux « au moyen d'une ouverture faite dans la maçonnerie et à peu « de distance de l'autel, voici ce qu'on observe. Lorsque le (< tuyau est maintenu froid par un courant intérieur d'eau froide, <« il se dépose à la surface une très grande quantité de noir de « fumée qui y persiste et dont la couche s'épaissit jusqu'à ce <( qu'elle annule l'action de l'eau froide sur la surface. Si l'on « supprime le courant d'eau froide, en ayant soin d'incliner le « tube afin de le vider complètement, le noir de fumée qui s'y « était déposé disparait peu à peu, et la température du tube « ayant atteint celle du milieu dans lequel il est plongé, il ne « s'y forme aucun nouveau dépôt ; il suffit d'y faire rentrer de « l'eau froide pour qu'il se couvre de nouveau d'une couche <( épaisse de noir de fumée. »
Dans certains appareils, les gaz, à la sortie du foyer, pénètrent immédiatement dans un grand nombre de tubes de faible diamètre, offrant une très grande surface refroidissante qui abaisse la température au point que la combustion ne peut ne maintenir et que la flamme s'éteint. C'est évidemment une mauvaise disposition qu'on rencontre cependant dans un grand nombre de chaudières à vapeur tubulaires. Il est bien préférable, lorsqu'on le peut, de laisser, entre le foyer et l'entrée des tubes, un espace assez grand pour servir de chambre de combustion, afin que les gaz ne pénètrent dans les tubes qu'après leur combustion complète.
Mais si un refroidissement trop rapide est nuisible, il ne faut pas croire qu'un foyer, entouré de tous côtés par de la maçonnerie dans le but de maintenir la température, soit dans de bien bonnes conditions. Au moment du chargement, la distillation est si rapide, sous l'action rayonnante des parois fortement chauffées, que le volume d'air est insuffisant pour brûler la masse des gaz qui se dégagent brusquement et que la combustion est très imparfaite.
Sur . 27
280. Préliminaires. — Dans les foyers que nous venons d'étudier, la combustion, comme nous Tavons dit, est loin d'être complète; les analyses indiquent qu'il se dégage toujours une certaine quantité de gaz combustibles, malgré l'excès d'air introduit dans le foyer.
C'est surtout après le chargement que les conditions d'une bonne combustion laissent le plus à, désirer. Gomme nous l'avons expliqué, il se dégage de la houille, à ce moment, une grande masse de gaz et le volume d'air admis est insuffisant; il y a production de fumée plus ou moins abondante suivant la nature des houilles. Cette fumée est souvent fort incommode pour le voisinage ; dans certaines villes industrielles, elle forme de véritables nuages qui obscurcissent le jour; elle pénètre partout à l'état de flocons noirs, s'attache dans les appartements aux meubles et aux tentures et les ternit rapidement : c'est une gêne réelle.
La fumée ne parait pas avoir toutefois d'effet fâcheux, au point de vue de la salubrité, et même elle aurait, à ce qu'on dit, exercé dans certains cas sous ce rapport une action favorable. C'est ainsi que, dans certains pays, l'établissement d'usines, produisant beaucoup de fumée, aurait fait disparaître les fièvres; le fait serait intéressant à vérifier.
En Angleterre, un bill connu sous le nom de Palmerston act, en France, un décret de i865 ont prescrit aux industriels de brûler la fumée de leurs foyers. Un grand nombre d'appareils ont été imaginés et essayés dans ce but; nous décrirons les principaux, mais les résultats n'ont pas été en général satisfaisants et les prescriptions relatives à la fumivorité sont tombées en désuétude. Elles n'ont pas été reproduites en France dans les nouveaux règlements de i88o sur les chaudières à vapeur.
281. La fumée est produite par la présence, dans les gaz de la combustion, de molécules de charbon qui s'y tiennent en suspension ; mais ce charbon ne provient pas, comme on pourrait le croire au premier abord, de particules désagrégées du charbon solide entraînées par le courant. Il se forme, dans le foyer même, par suite de la combustion incomplète des hydrocarbures qui se dégagent par la distillation de la houille. Le carbone pur, le charbon de bois, le coke ne donnent pas de fumée parce qu'ils ne fournissent pas d'hydrocarbures ou du moins fort peu.
Lorsqu'on soumet un hydrocarbure, en présence de Tair, à l'action de la chaleur, l'hydrocarbure se décompose en hydrogène, carbone et souvent d'autres hydrocarbures. Une partie seulement du carbone est brûlée et le reste, se précipitant à l'état de noir de fumée, est entraîné par le courant des gaz; c'est ce carbone en suspension qui produit la fumée.
Au moment du chargement d'un foyer, avec de la houille grasse, on remarque qu'il se dégage par le sommet de la cheminée une fumée noire qui persiste un certain temps. Elle est remplacée par de la fumée d'une teinte moins foncée, qui s'affaiblit de plus en plus jusqu'à disparaître entièrement. Les choses restent en cet état jusqu'à un nouveau chargement. On peut ainsi diviser, avec M. Burnat, l'intervalle compris entre deux chargements en trois périodes :
Période de fumée noire ;
Période de fumée légèrement colorée ;
Période de fumée nulle.
L'intensité de la couleur et la durée de chaque période dépendent de la nature de la houille employée et des circonstances de la combustion.
Avec une houille grasse et peu de tirage, la fumée noire peut durer un tiers du temps et même davantage, tandis qu'elle apparaît à peine avec une houille maigre et un tirage actif.
La composition des produits gazeux, qui sortent d'une cheminée, varie suivant la période de la combustion indiquée par la couleur de la fumée. Dans un mémoire publié dans les Annales
des mines (tome XI, 1847), M. Combes rapporte les analyses suivantes faites par M. Debette :
