Brevet FR2007138A1 — publié le 19700102

l'invention concerne un dispositif pour l'introduction simultanée de coiaoustible et d'air comburant dans un lit fluidisé. Un procédé fréquemment utilisé pour amener aux Hautes températures des matières à grain fin, et notamment des matières non 5 combustibles dans un lit fluidisé consiste a. envoyer des gaz de combustion ciiaud3 par le bas & travers le fond distributeur, muni d'orifices, d'ion four â couche turbulente. Ces gaz délivrent leur chaleur sensible aux matières a grain fin et, en mêaie temps, maintiennent celles-ci en mouvement tourbiixonnant. Pour l'introduc-10 tion de gaz chauds, le fond distributeur du four doit être fabriqué en acier fortement allié. De plus, la production des gaz de combustion chauds ne peut pas s'effectuer avec le moindre excès d'air ni avec de l'air pré-chauffé, car les gaz seraient alors a une température trop élevée. En général, les températures de combus-15 tion doivent être abaissées par un excès d'air dosé en conséquence ou par l'addition de gaz froids recyclés. Les frais qui en résultent sont comparativement très élevés. Le rendement thermique est relativement faible et la section du four à lit fluidisé doit être augmentée dans la plupart des cas. 20 On connaît aussi le procédé consistant à produire is gaz chaud de combustion dans la couche turbulente elle-même. Dans ce cas, l'air comburant, qui est en même temps le gaz de soulèvement, est envoyé à travers la totalité ou à travers une partie des orifices du fond distributeur, a partir de la boîte à vent sous-25 jacente. Le combustible gazeux est introduit dans le lit fluidisé par l'autre partie des orifices au moyen de buses particulières ou sur la périphérie du four à couche turoulente par des lances. En procédant ainsi, il est extrêmement difficile de parvenir à une combustion complète avec un faible excès d'air, car il n'est 30 pas facile d'obtenir un bon mélange de i'air comburant et du combustible et des combustions postérieures peuvent se produire au-dessus du lit fluidisé. C'est la raison pour laquelle ce procédé nécessite lui aussi un excès important d'air ou une augmentation notable de l'épaisseur de couche du lit fluidisé. Mais il 35 en résulte un rendement thermique encore plus médiocre, un débit spécifique plus faible et/ou une pression à l'admission plus élevée de l'air comburant et, par suite, des frais d'investissement plus élevés ainsi qu'une augmentation des besoins en courant. L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients. 40 Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait 2 69 13428 2007138 qu'un certain nombre de porte-vent, constituée par*deux tubvuures . .montées l'une dans l'autre, sont "encastrés dans les orifices du fond distributeur du four à couche turbulente, les tubulures externes étant en communication avec la chambre à vent disposée 5 au-dessous du fond distriDuteur pour la conduite de l'air comburant et les tubulures internes étant raccordées à un aistriouteur placé au-dessous de la chambre à vent pour la conduite du combustible, et ces porte-vent débouchant dans des corps d'infection emmanchés avec ajustement pressé, fichés ou soudés. 10 L'invention a pour objet un dispositif pour le chauffage direct d'un lit fluidisé avec adductions de combustible et d'air qui sont introduits par le bas dans le lit fluidisé. Le dispositif de l'invention est caractérisé par un certain nombre de buses de brûleur réparties sur la section du lit fluidi-15 sé, avec des orifices de sortie pour l'air et le combustible, les conduites d'arrivée d'air aboutissant à la boîte à vent du réacteur à lit fluidisé et les conduites d'arrivée du combustible traversant les parois de la boîte à vent vers un distributeur de combustible. 20 Chaque buse de brûleur est constituée par un porte-vent formé de deux tubulures disposées l'une dans l'autre et par un corps d'injection en deux parties, fixé à l'extrémité de soufflage de l'une au moins des tuouiures. Dans ces conditions, la tuoulure interne sert de conduite d'amenée du combustible. 25 Le corps d'injection comporte des orifices d'échappement pour l'air et le combustible qui sont de préférence orientés dans des directions formant entre elles un angle de 90° environ. la boîte à vent et le distributeur de combustible exécuté sous forme de boîte peuvent être disposés l'une au-dessus de l'.au-50 tre de telle sorte que la paroi supérieure de la boîté à vent constitue le fond du réacteur et que lé fond de la boîte à vent soit en même temps là paroi supérieure du distributeur de combustible, la. boîte à vent et le distributeur de combustible exécuté 35. sous forme de boîte peuvent être subdivisés èn chambrés disposées c8te à cote, auquel cas le fond du réacteur Constitue un fond commun pour les chambres de la boîte à vent et une paroi supérieure commune pour les chambres du distributeur de combustible® la boîte a vent suodivisee en ciiambres peut être également 40 constituée de tubes parallèles qui forment une grille de réacteur 3 69 13428 2007138 et sont alimentés à partir d'une conduite principale. Les tubes _._qui constituent le distributeur de combustible et qui sont également alimentés â partir d'une conduite principale peuvent alors être disposés â l'intérieur des premiers tubes ou au-dessous de 5 ceux-ci. Les buses de brûleur sont raccordées aux tubes de conduite d'air par leurs tubulures externes et aux tubes de conduite du combustible par leurs tubulutes internes. Dans le second cas, les tubulures internes passent à travers la paroi des tubes de conduite d'air et se raccordent aux tubes de conduite du combus-10 tible. Le mouvement ascendant du mélange de combustible et d'air qui sort des corps d'injection sépare du lit fluidisé et entraîne vers le haut les grains fins de matière qui sont attirés de tous côtés par succion sur les corps d'injection et sont ainsi mis en 15 circulation active dans le lit fluidisé. On obtient de ce fait v' une dérivation rapide de la chaleur dégagée par la combustion sur la matière â grain fin en circulation, de sorte que les dangers d'élévation excessive de la température sont éliminés. De préférence, les orifices de sortie en communication avec 20 la tubulure interne pour le combustible sont disposés dans le corps d'injection en position horizontale ou inclinée vers le bas dans le sens du courant, pour éviter une obturation par la matière à grain fin du lit fluidisé. Dans ces conditions, le courant d'air comburant et le courant de combustible s'entre-croisent au 25 voisinage de la sortie de chaque eorps d'injection selon un angle approximativement droit, de sorte qu'il se produit un mélange intense de l'air comburant et du combustible à la sortie du corps d'injection. Pour éviter qu'en cas d'interruption ou de forte réduction 30 de l'arrivée d'air, le produit en grain à traiter pénètre dans les corps d'injection a partir du lit fluidisé, une plaque d'arrêt ou chicane horizontale peut Stre disposée dans le corps d'injection de façon à ne ménager qu'une fente annulaire pour le passage de l'air entre cette plaque et la paroi du corps d'injection. 35 Dans le cas notamment de l'utilisation de combustible liqui de, il se produit, déjà un mélange intense du combustible et de l'air comburant avant la sortie du co.rps d'injection, ce qui constitue une caractéristique avantageuse pour l'ensemole du processus de combustion. 40 Selon un mode de réalisation de l'invention qui convient à * 69 13428 2007138 cette fin, la partie interne du corps d'injection se raccorde à la tubulure interne comportant l'orifice de sortie du combustible légèrement au-dessous de l'extrémité de soufflage de la tubulure externe et le combustible et l'air se mélangent au-dessous d'une 5 chicane, de sorte qu'ils quittent le corps d'infection en traversant la chambre annulaire et un orifice de sortie commun. Toutefois, un porte-vent exécuté de cette manière n'est utilisable que dans les cas où il n'existe aucun risque d'obturation des buses par le produit en grain provenant du lit turbulent et, par suite, 10 où. l'air comburant ne peut pas refluer dans les tubulures qui conduisent le combustible ni dans la chambre d'alimentation en combustible, pour y former un mélange explosif. 8*agissant de fours à coucne turbulente a grande surface, il s'est révélé utile de subdiviser la boîte â vent et le distribu-15 teur de combustible en chambres et de disposer celles-ci de part et l'autre du fond du réacteur. De préférence, plusieurs chambres d'alimentation en air comburant sont disposées sur le fond du réacteur et plusieurs chambres d'alimentation en combustible sont placées au-dessous du fond du réacteur, respectivement côte à 20 cote. Ainsi, le fond du réacteur peut être renforcé et soutenu par des poutres de fer dans les intervalles entre les différentes chambres, afin que les parties portantes du fond restent à 18abri des surchauffes et des efforts dangereux de tension thermique. Les chambres disposées sur le fond du réacteur, destinées à lfalimen-25 tation en air comburant, sont protégées contre les élévations excessives de la température par le fait que les porte-vent font saillie de 10 à 30 cm, et de préférence de 20 à 50 cm au-dessus de la partie supérieure des chambres d'alimentation en air comburant. De cette manière, il est possible que le produit en grain 50 du lit fluidisé se dépose autour des tubulures, constituant ua© couche d'isolation thermique entre le lit turbulent incandescent et la partie supérieure des chambres d'alimentation en air comburant» Une autre possibilité d'isolation thermique consiste è, garnir la partie supérieure des chambres de couches d'un matériau 35 isolant. "' Lorsque les matières solides chauffées dans le lit fluidisé doivent être extraites par des ouvertures dans le fond du réac-= teur, celui-ci peut être exécuté sous forme d'une grille de tabès parallèles disposés côte à côte et servant à l'alimentation es 40 air comburant. Dans ces tubes sont logés, en position concentrique 69 13428 5 20071.38 ou excentrée, les tuyaux d'alimentation en combustible, les porte-"~~vent sont soudés dans les tubes, par exemple à une distance mutuelle de 0,2 à 0,5 m. les tubes d'alimentation en combustible peuvent aussi être 5 disposés au-dessous des tubes d'alimentation en air comburant. ' Dans ce cas, les tubulures internes des porte-vent traversent radialement les tubes d'arrivée d'air qui forment la grille du four. Quelques formes d'exécution du dispositif de l'invention ont 10 été représentées à titre d'exemple et de façon schématique dans les dessins. la fig. 1 est une coupe verticale d'un réacteur à lit fluidisé équipé d'un dispositif de chauffage selon l'invention? la fig. 2 est une coupe verticale d'une buse de brûleur 15 individuelle; la fig. 3 est une coupe verticale d'un réacteur à lit fluidité dans lequel la boite à vent et le distributeur de"combustible sont subdivisés en chambres disposées côte à côte; la fig. 4 est une coupe verticale d'une autre forme d'exécu-20 tion d'une buse de brûleur, d'un distributeur d'air et d'un, distributeur de combustible. la fig. 1 est une coupe d'un four à couche turbulente 1 dans lequel les matières à grain fin à traiter sont introduites dans le lit fluidisé 3 par le transporteur à vis sans fin 2 et à 25 partir duquel elles sont prélevées par la tubulure 4 à la suite du traitement thermique. Dans le fond 5 du réacteur sont insérés les porte-vent 6 qui sont en communication, par leur tubulure externe 7, avec la boite â vent 8 et, par leur tubulure interne 9, avec le système distributeur de combustible 10. Étant donné que 30 les tubulures internes 9 ne sont pas raccordées rigidement au fond 5 du réacteur, mais fixées au fond de la boite à vent, elles peuvent se dilater librement, ce qui éliminé les efforts de tension . thermique . ' La fig. • 2 représente séparément tin porte-vent qui est composé 35 cle la tubulure externe 7 et de la tubulure interne 9. lia partie externe 11 du corps d'injection, fixée à la tubulure externe 7, se termine par un orifice de sortie calibré 12. La tubulure interne 9 se termine dans la partie interne 15 du corps d'injection munie des orifices de sortie 16 dirigés horizontalement ou obliquement 40 vers le bas. Aucun graiû fin ne peut pénétrer dans ces orifices 69 13428 2007138 en cas de réduction de l'arrivée d'air. Au-dessous de l'orifice de sortie 12, une plaque d'arrêt ou chicane 13 est fixée au moyen de nervures 14 à la partie externe 11 du corps d'injection. Cette chicane interdit la pénétration de matières solides à grain fin 5 en provenance du lit fluidisé en cas d'interruption ou de forte réduction de l'arrivée d'air dans la chambre annulaire entre les tubulures externe et interne. les nervures 14 de la chicane 13 sont exécutées sous forme d'ailettes de tourbillonnement et communiquent un mouvement hélicoïdal à l'air comburant qui sort, les 10 ailettes 17 disposées sur la tubulure interne 9 fournissent un appui central à celle-ci. La fig. 3 est une coupe verticale d'un four à couche turbulente dans lequel plusieurs chambres 8 d'alimentation en air comburant sont disposées sur le fond 5 du réacteur et plusieurs 15 chambres 10 d'alimentation en combustible sont situées au-dessous "' du fond 5"du réacteur. Entre les différentes chambres du distributeur de combustible, des poutres de fer 30 peuvent être mises en place pour raidir et soutenir le fond du réacteur. Dans la forme d®exécution illustrée par la fig. 4, lsalimen-20 tation des porte-vent sn air comburant s8effectue par la conduite 18 et l'alimentation en combustible par la conduite 19 placée en position excentrée dans la conduite 18. Les traits discontinus indiquent que les conduites 19 d'alimentation en combustible peuvent aussi se trouver en dehors du tube 18, auquel ©as la tubu-25 lure interne 20 traverse la paroi du tube 18. On a également représenté dans la fig, 4 un corps d'injection qui convient particulièrement aux combustibles liquides. La tubulure interne 20 est plus courte que la tubulure externe 21 et débouche dans la partie interne 22 du corps d'injection par 14or i-30 fice de sortie 23 au-dessous de la plaque d'arrêt 24, laquelle est fixée au moyen de nervures à la partie externe 25 du corps d'injection. La plaque d'arrêt délimite avec la partie externe .25 du corps d'injection une chambre de mélange 27 à partir de laquelle le mélange de combustible et d'air parvient à l'orifice de sortie 35 29 en traversant la chambre annulaire 28. Les avantages offerts par l'invention consistent notamment en ce que l'air comburant et le combustible sont injectés par le bas dans le lit fluidisé par un grand nombre de buses de brûleur communes. Dans chaque buse de brûleur, il est mélangé à l'air 40 comburant une quantité dosée de combustible, qui peut être sous 69 13428 7 2007138 forme de é>az, de vapeur ou de liquide, au moment de la sortie du corps d'infection ou immédiatement avant, la combustion débute très rapidement et se déroule également dans le lit fluidisé en un temps extrêmement court. Dans ces conditions, l'opération peut 5 s'effectuer avec un minimum d'excès d'air et une épaisseur relativement faible du lit fluidisé, de 0,5 à 1 m par exemple. Dans la plupart des cas, il suffit que l'aif comburant soit comprimé par une soufflante à une pression de 1000-1500 mm de colonne d'eau ou au maximum à 2000 mm de colonne d'eau lorsqu'il s'agit 10 de matières lourdes. les corps d'injection de l'invention sont, par leur propre structure, protégés contre la pénétration de particules de matières solides à partir du lit fluidisé. lorsque le courant de combustible est réduit ou interrompu temporairement pour régler la 15 température du lit fluidisé chauffé, des particules de matière solide peuvent parvenir dans le distributeur de combustible par les orifices de sortie du combustible et le tubulures internes des porte-vent. Il est donc a conseiller de monter, sur le distributeur de combustible, des tubulures de nettoyage ou des trémies 20 à partir desquelles les particules ainsi tombées sont évacuées de temps à autre. Pour une épaisseur de lit fluidisé de 0,5 ni, l'écart maximal entre les différents porte-vent mesure 0,3 m. Pour une épaisseur de lit fluidisé de 1 m, cet écart peut atteindre 0,5 m. Ainsi, 25 chaque porte-vent dèssert 0,09 m de section du lit dans le pre- 2 mier cas et 0,25 m dans le second cas. Il est du reste bien entendu que les modes de réalisation de l'invention qui ont été décrits ci-dessus, en référence aux dessins annexés, ont été donnés a titre purement indicatif et nulle-30 ment limitatif et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. 8 69 13428 2007138 REVBHD IC.4J I OIT S 1.- Dispositif pour le chauffage direct d'un lit fluidisé, comportant des conduites d'alimentation en combustible et en air qui pénètrent par le bas dans le lit fluidisé, ce dispositif étant caractérisé par un grand nombre de buses de brûleur répar- 5 ties sur la section du lit fluidisé, comportant des orifices de sortie pour l'air et le combustible, les conduites d'alimentation en air étant fixées à la boîte à vent du réacteur à lit fluidisé et les conduites d'alimentation en combustible s'éten-dans entre un distributeur de combustible et les buses de brûleur 10 en traversant les parois de la boîte à vent; 2.- Dispositif selon la revendication 1), caractérisé par le fait que chaque buse de brûleur est constituée par un porte-vent formé de deux tubulures (7, 9) placées l'une dans l'autre et par un corps d'injection en deux perties fixées aux extrémités de 15 soufflage des tubulures, et par le fait que la tubulure interne conduite le coaoustible; 3«- Dispositif selon les revendications 1 ) et 2), caractérisé par le fait que la tubulure interne, plus longue, débouche dans la partie interne (16) du corps d'injection munie des orifices 20 de sortie (15) dirigés horizontalement ou obliquement vers le bas et que la tubulure externe (7) débouche au-dessous de la chicane (13) dans la partie externe (11) du corps d'injection munie de l'orifice de sortie (12) dirigé verticalement? 4.- Dispositif selon les revendications 1) et 2), caractérisé 25 par le fait que la tubulure interne, plus courtes, avec la partie interne du corps d'injection qui y est fixée et la tubulure externe découchent dans une cnambre de mélange qui est délimitée par la partie externe du corps d'injection fixée à la tubulure externe et par la chicane ou plaque d'arrêt qui y est contenue? 30 et par le fait que la partie externe du corps d'injection comporte., au-dessus de la chicane, un orifice de sortie pour le mélange de combustible et d'air; 5.- Dispositif selon les revendications 1) â 4), caractérisé par le fait que la boîte à vent et le distributeur de combustible 35 exécuté sous forme de boîte sont disposés l'une au-dessus de l'autre, la paroi supérieure de la boîte à vent constituant le fond du réacteur et le fond de la boîte à vent étant la paroi supérieure du distributeur de combustible; 6«- Dispositif selon les revendications 1) à 4), caractérisé par 40 le fait que la boîte à vent et le distributeur de combustible 9 69 13428 2007138 exécuté sous forme de boîte sont subdivisés en chambres disposées cote â cOte, le fond du réacteur constituant le fond commun des chambres de la boîte â vent et la paroi supérieure commune des chambres du distributeur de combustible; 5 7»- Dispositif selon les revendications 1) à 4)> caractérisé par le fait que la boîte à vent subdivisée en chambres est composée de tubes parallèles qui sont alimentés en air comburant à partir d'une conduite principale et qui forment une grille de réacteur; dans ces tubes se trouvent des tubes qui constituent le distribu-10 teur de combustible et sont alimentés à partir d'une conduite principale; les corps d'injection sont raccordés par leurs tubulures externes aux tubes de conduite d'air et par leurs tubulures internes aux tubes de conduite de combustible; .8.- Dispositif selon les revendications 1) à 4), caractérisé par 15 le fait que la boîte à vent subdivisée en chambres est composée de tubes parallèles qui sont alimentés à partir d'une conduite principale et qui forment une grille de réacteur; les tubes du distributeur de combustible sont disposés au-dessous de ces tubes à air; les buses de brûleur sont raccordées par leurs tubulures 20 externes aux tubes qui constituent la grille; et les tubulures internes des buses de brûleur sont raccordées aux tubes du distributeur de combustible#