Brevet FR2042702A1 — publié le 19710212

i 2042702 La présente invention se rapporte à un appareil de combustion destiné à brûler des combustibles solides pulvérulents formant un lit fluidisé, et en particulier à un foyer utilisant un agent gazeux» l'air par exemple, pour créer ce lit. 5 On a constaté que dans le cas où. le diamètre du lit doit être grand, et notamment si ce lit est peu épais, il cesse de convenir pour mettre le gaz et les matières solides en contact dans des conditions déterminées. Cela est particulièrement vrai s'il est important que ces matières soient réparties uniformément dans 10 le foyer et si le combustible subit une forte réaction exothermique ou endothermique ou si des produits volatils de la réaction primaire réagissent avec le gaz fluidisant. Un lit fluidisé peu épais et de grand diamètre présente l'inconvénient que le déplacement latéral des matières solides 15 est insuffisant. On peut leur appliquer ce déplacement au moyen d'agitateurs mécaniques, bien que l'utilisation de ces derniers soit limitée. L'invention vise à remédier aux inconvénients préQités. A cet effet, le foyer selon l'invention comprend d'une part une enveloppe .20 qui contient une sole perméable aux gaz, destinée.à porter un lit fluidisé de matières solides pulvérulentes, et qui comporte un orifice d'entrée de ces matières et un orifice de sortie des gaz, et d'autre part un dispositif permettant d'introduire dans cette enveloppe l'agent gazeux qui crée la fluidisation, au-dessus de la sole, 25 l'enveloppe renfermant un échangeur de chaleur, et il est caractérisé par le fait que cette enveloppe contient plusieurs éléments de sole comportant chacun une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, ainsi qu'un élément à circulation de gaz permettant de faire remonter les matières solides d'un emplacement adjacent à l'extrémité 30 de sortie d'un élément de sole à un emplacement adjacent à l'extrémité d'entrée de l'élément suivant, et de déposer ces matières sur ce dernier . Ces éléments peuvent convenablement être des plateaux inclinés et être disposés parallèlement et au même niveau dans l'enveloppe de 35 façon que leur extrémité de sortie soit proche de l'extrémité d'entrée du plateau adjacent. Ces plateaux peuvent être placés très près les uns des autres, les plateaux adjacents étant inclinés-en sens inverses. En variante, 7017976 ils peuvent être montés horizontalement. Suivant une variante, ils peuvent être disposés à des hauteurs différentes, chacun étant, soit incliné dans le sens opposé de celui qui est juste au-dessous de lui, soit horizontal. 5 L'élément à circulation de gaz peut être une fosse où. les matières solides sont envoyées, puis d'où elles sont chassées. Les matières solides qui alimentent le foyer peuvent convenablement être introduites par le fond d'une ou plusieurs de ces fosses afin de se mélanger au gaz fluidisant et d'augmenter la durée 10 de leur contact avec ce gaz ; en variante, elles peuvent être introduites par une poaroi latérale de l'enveloppe et déposées sur l'un ou plusieurs des plateaux. D'autres caractéristiques et avantages'de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre» faite en regard 15 des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est un plan schématique d'une première forme de réalisation d'un foyer selon l'invention ; 20 la figure 2 est une vue latérale schématique d'un détail du foyer de la figure 1 ; la figure 3 est une vue latérale schématique d'une variante de réalisation du même détail ; la figure 4 est une coupe transversale schématique d'une 25 seconde forme de réalisation d'un foyer selon l'invention ; la figure 5 est une coupe transversale schématique d'une troisième forme de réalisation du foyer ; la figure 6 représente schématiquement en coupe transversale une quatrième forme de réalisation ; et 30 la figure 7 est une coupe transversale schématique d'une cinquième forme de réalisation du foyer. Le foyer de traitement d'un lit fluidisé de matières solides-représenté sur la figure 1 comporte une enveloppe 1 à section rectangulaire dans laquelle se trouve une sole perméable à l'air com-35 posée de plateaux 2-10 qui sont séparés par dés cloisons 11-12 disposées de manière que chaque plateau .ne communique qu'avec un seul autre. 2042702 7017976 3 2042702 Chacun de ces plateaux est incliné sur l'horizontale de façon à donner aux matières qu'il porte un sens de déplacement déterminé. L'inclinaison est telle que le côté bas ou de sortie de chaque plateau soit voisin du côté haut ou d'alimentation du 5 plateau qu'il alimente en matières. Ces plateaux sont disposés à la même hauteur moyenne. De plus, en coopération avec leur inclinaison, la disposition des cloisons délimite un trajet de circulation continu des matières ... introduites dans .le foyer . . Les flèches de la figure 1 indi-10 quent le sens dans lequel ces matières avancent sur les divers plateaux. Ces matières sont transférées du côté de sortie d'un plateau au côté d'entrée du plateatl avec lequel le premier communique par un élément à circulation d'air, qui est représenté schématique-15 ment sur la figure 1 par un rectangle hachuré 19 et qui sera décrit en détail en relation avec les figures 2 et 3. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 2, cet élément 19 est une fosse 20 comprenant une paroi verticale 21 qui se raccorde au côté bas d'un plateau, une seconde paroi 22 20 qui se raccorde au côté haut du plateau adjacent et un fond 23 qui relie ces deux parois. L'extrémité inférieure d'une cloison 24 qui pénètre dans cette fosse se trouve à une certaine distance du fond 23. Ce dernier comporte une partie inclinée 25 qui se raccorde à la paroi 21 et une partie 26, perméable à l'air, se rac-25 cordant à la paroi 22. En service, les matières qui se trouvent à l'extrémité basse d'un plateau tombent dans la fosse 20, la partie inclinée 25 les guidant vers la partie perméable. Un courant d'air représenté sché-matiquement par la flèche 27 pénètre dans cette fosse par cette par-30 tie perméable et chasse ces matières vers le haut de façon à les déposer sur le côté haut du plateau adjacent. Les matières à brûler sont convenablement réparties sur chaque plateau et sont amenées pneumatiquement au dispositif 19, de sorte que l'air de cette alimentation pneumatique contribue au sou-35 lèvement. L'alimentation de la fosse en charbon est représentée par la flèche 28. Le charbon non brûlé et les cendres produites par la combustion descendent par gravité le long du plateau jusqu'à son cô- 7017976 4 2042702 té bas, droù ils tombent âans la fosse associée à ce côté. Les fines qui se separent du Hit sont recueillies dans un ou plusieurs cyclones classiques (non représentés) et sont renvoyées aux fosses par des manches (non représentées) partant de ces cyclones. 5 Les cendres sont retirées d'une ou plusieurs des fosses en amont des emplacements d'alimentation en charbon et de retour des f ine s. L'échange de la chaleur provenant de la combustion avec le fluide de travail se fait convenablement au moyen d'un ensemble de 10 tubes (non représentés) disposés dans les lits parallèlement au sens d'avance des cendres, le sens de la longueur des plateaux. ' Si llon désire maintenir unifa?j(fé-~1^5V^ee- âe& fiatières sur les plateaux dans le cas où le lit se désagrège, on peut utiliser la fosse de la figure 3. Dans ce montage, chaque fosse comporte 15 un écran 29 qui descend jusqu'à une distance prédéterminée de l'extrémité basse du plateau adjacent et qui s'élève jusqu'à une distance prédéterminée du niveau que le lit doit atteindre. Une courte partie perméable 30 du plateau, s'étendant sur toute .la largeur de ce dernier, se raccorde à la paroi verticale 21. En service, on 20 règle l'écoulement des matières sous cet écran en modifiant le débit de l'air passant par cette partie perméable 30, ce qui fait passer par dessus ledit écran un courant de matière continu. Sur les figures 2 et 3 on a représente le niveau des lits sur les plateaux supérieur et inférieur par les tiretés 31 et 32 respective-25 ment» Dans la forme de réalisation de la figure 1, les plateaux sont inclinés, mais l'invention s'étend également à des foyers dont les plateaux sont horizontaux. Le foyer décrit ci-dessus est particulièrement destiné 30 à brûler des lits fluidisés peu profonds»On peut également l'utiliser dans le cas où l'on désire que les lits soient peu épais et où il se produit une réaction exothermique ou endothermique entre les matières introduites et le gaz fluidisant.. Le foyer de la figure 4 comporte une enveloppe 1 compo-35 sée d'un dessus 2, d'un dessous 3, de parois d'extrémité 4 et 5 et de parois.latérales 6 (dont une seule est visible). Une sole ou membrane 7 perméable à l'air couvre la partie inférieure de cette enveloppe»..Le côté haut de cette membrane, qui est inclinée, se raccorde à un élément non perméable 8 se raccordant lui-même à la 7017976 2042702 paroi 4. Son côté bas est relié à une paroi verticale 9 allant de l'une à l'autre des parois latérales 6. Ge montage de la membrane forme une boîte à air 10, dans laquelle une ouverture 11 de la paroi 4 laisse entrer l'air. 5 Une seconde sole ou membrane 12 perméable à l'air est dispo sée au-dessus de la membrane 7, et est inclinée en sens inverse de cette dernière. Son côté haut se relie à une paroi verticale 13 et son côté bas à une paroi verticale 14 adjacente au côté inté-, rieur de l'élément 8. La paroi 13 s'étend entre les parois laté-10 raies 6. Une paroi horizontale 15 disposée au-dessous de la paroi 13 va de la paroi 9 à la paroi d'extrémité 5. Avec la partie inférieure de cette paroi 5 et la partie supérieure de la paroi 9, cette paroi 15 délimite une fosse 16, et avec le bas de la paroi 15 5, le bas de la paroi 9 et le dessous 3, elle forme une boîte à air 17. Elle comporte une partie perméable 18 par laquelle l'air de cette boîte 17 peut pénétrer dans la fosse 16. Un conduit 19 d'entrée d'air communique avec la boîte. Un échangeur de chaleur monté dans l'enveloppe 1 se compose 20 d'un ensemble de tubes où passe un fluide tel que de l'eau ; ces 5 tubes sont représentés schématiquement par les tiretés 20 qui en montrent l'emplacement. Ce foyer fonctionne comme suit : Le combustible est introduit par un passage 21 d'une des 25 parois latérales 6 de l'enveloppe et tombe sur le côté haut de la membrane 7. Un agent réactif gazeux, de l'air par exemple, est introduit dans la boîte à air 10 par une ouverture 11, avec un débit et sous une pression qui créent une fluidisation au-dessus de cette membrane, et le charbon réagit avec cet air. Celui-ci est 30 préchauffé afin de porter le combustible à la température à laquelle il brûle. Lu fait de l'inclinaison de la membrane, les matières qui se trouvent sur celle-ci avancent vers son côté bas. La combustion du charbon dégage de la chaleur -jui est transmise au fluide de l'échangeur. Arrivées à la partie basse de la membrane 7, 35 les matières (charbon, coke, cendres) tombent dans la fosse 16. Un courant d'air venant de la boîte 17 par la partie perméable 18 entraîne ces matières, les fait passer de bas en haut entre les parois 5 et 13 et les fait retomber sur le côté haut de la membrane supérieure 12. Les gaz qui se trouvent au-dessus de la membrane 7 7017976 6 2042702 traversent cette membrane 12 et créent une fluidisation au-dessus d'elle» Pendant que les matières circulent sur ladite mem-• brane 12, le combustible finit de brûler complètement et transmet encore de la chaleur à la langée supérieure de tubes .de l'échangeur. 5 A l'extrémité basse de la membrane, les matières qui ne sont alors pratiquement que des cendres, tombent sur l'élément 8. Une partie de ces cendres sont chassées de l'enveloppe par un passage 22, grâce à un courant d'air traversant cet élément poreux 8 avec un débit déterminé, de façon à faire repasser dans le foyer une 10 quantité constante de cendres. Les gaz de combustion sortent de l'enveloppe par une cheminée 23» Sur la figure 5, on a désigné les éléments qui sont semblables à ceux de la figure 4 par les mêmes chiffres de référence, le foyer de cette figure 5 comprend essentiellement trois pai- . 15 res superposées de membranes 7 et 12 inclinées en sens inverses ainsi que les boîtes à vent associées, destinées à envoyer les matières qui ont eirculé sur une membrane, sur celle qui est située juste au-dessus. Dans un but de commodité, on affectera.des indices A, B, C les éléments des paires successives de membranes. 20 Un ensemble de parois semblable à celui qui est constitué par les parois 9, 13, 15, 18 de la figure 4 est disposé à l'extrémité basse de chaque membrane de façon à porter les matières qui en tombent sur la membrane qui se trouve juste au-dessus. Dans ce foyer de la figure 5, les cendres qui restent 25 encore à l'extrémité basse de la membrane supérieure 12C sont recyclées comme l'indique schématiquement la flèche 24."L'air qui sert à faire passer les matières d'une membrane à celle du dessus est introduit par des conduites 25 à gauche et 26 à droite communiquant chacune avec des passages d'entrée semblables aux passages 30 19 de la figure 4. Le charbon, coke ou autre combustible est introduit par un passage 21 adjacent au côté haut de la membrane inférieure 7A. A-vec cette disposition, la partie la plus chaude du foyer est la chambre comprise entre les membranes 7A et 12A, de sorte 35 qu'en traversant de bas en haut les membranes successives les gaz se refroidissent. Le fluide passe dans l'échangeur de chaleur, de la membrane supérieure à cette membrane inférieure 7A et en sort près du côté bas de cette dernière. 7017976 7 2042702 les'gaz qui traversent les membranes sont refroidis progressivement en cédant leur chaleur aux tubes 20 et ils sortent finalement du foyer par la cheminée 23. Dans ce foyer de la figure 5> le combustible peut être 5 deversé sur l'une quelconque des membranes ou sur plus d'une. Sur la figure 6, les éléments qui sont semblables à ceux de la figure 4 sont désignés par les mêmes chiffres de référence.La forme de réalisation de cette figure 6 est sensiblement identique à celle de la figure 4, mais en diffère par le fait que les membra-10 nés 7* et 12' sont horizontales . Les matières avancent sur ces membranes grâce à la création d'un "gradient hydraulique" du côté d'entrée au côté de sortie.Ce terme "gradient hydraulique" dési- * gne ici la différence entre la charge des matières à l'entrée et à" la sortie, cette dernière étant inférieure à la première, de sorte 15 que les matières avancent sous l'effet de la charge à l'entrée. Sur la figure 7, les éléments qui sont semblables à ceux de la figure 5 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Cette cinquième forme de réalisation de la figure 7 est sensiblement identique à la troisième forme représentée sur la figure 5, mais 20 s'en distingue par le fait que les membranes 7A1, 121', 7B', 12B', 7C', 12C' sont toutes horizontales. Comme dans le foyer de la figure 6, les matières circulent sur ces membranes sous l'effet du gradient hydraulique créé de l'extrémité d'entrée à l'extrémité de sortie. 25 Pendant que le mélange charbon-coke-cendres circule dans le foyer, il cède sa chaleur aux tubes de l'échangeur, ce qui chauffe le fluide qui passe dans ces tubes . Il va de soi que la présente invention n'a été décrite ci-dessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif,et que l'on 30 pourra y apporter toutes modifications sans sortir de son cadre. 7017976 2042702 REVENDICATIONS d1 une part 1. Aprinr"!1 de combustion comportant/une enveloppe qui contient une sole perméable aux gaz destinée à porxer un lit fluidisé de matières solides pulvérulentes et qui comporte un orifice a'en- 5 trc-e de ces matières et un orifice de sortie des gaz, et d'autre part un dispositif permettant d'introduire dans cette enveloppe l'agent gazeux qui provoque la fluidisation, caractérisé par le fait que ce'tte enveloppe (1) contient plusieurs éléments de sole (2-10) perméables aux gaz comportant chacun un côté d'entrée et un 10 côté de sortie, ainsi qu'un élément (19) à circulation de gaz, permettant de faire passer les matières de bas en haut, d'un emplacement adjacent au côté de sortie d'un élément (2) à un emplacement adjacent au côté d'entrée de l'élément suivant (3) et de déposer ces matières sur ce dernier. 15 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les éléments de sole (2-10) sont disposés dans l'enveloppe (1) à la même hauteur moyenne et parallèlement de façon que Je côté de sortie d'un élément soit voisin du côté d'entrée de l'élément adjacent. 20 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les éléments (2-10) sont disposés très près les uns des autres, les éléments adjacents étant inclinés en sens inverses, leur côté bas constituant le côté de sortie et leur côté haut étant le côté d'entrée. 25 4. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, carac térisé par le fait que les éléments (2-10) sont disposés très près les uns des autres et sont horizontaux. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément (19) à circula- 30 tion de gaz est une fosse (20) qui comprend une première paroi . (21) .raccordée au côté de sortie d'un élément (2), une seconde paroi (22) se raccordant au côté d'entrée, d'un élément adjacent (3) et un fond (.23) reliant ces parois (21, 22) et comportant une première partie (25) qui se raccorde à la première paroi (21) et une 35 partie ~(26) perméable aux gaz raccordée à la seconde paroi (22)„ 6. .Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le fond (23) comporte un passage (28) d'entrée des matières solides. , ... . COPY 7017976 9 2042702 7. Appareil selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'une cloison (24) pénètre dans la fosse (20) et que son extrémité inférieure se trouve à une certaine distance du fond (23) de cette fosse (20). 5 8. Appareil selon l'une des revendications 5 à 7, earac- . térisé par le fait qu'un écran (29) est placé au-dessus du côté de sortie d'un élément (2) à une distance prédéterminée de ce côté et monte jusqu'à une distance prédéterminée du niveau que doit a-voir le lit et que chaque élément comporte une partie étroite (30) 10 perméable aux gaz et adjacente au côté de sortie de cet élément. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'écran (29) et la partie perméable (30) sont disposés de façon que la quantité de matières passant sous cet écran (29) soit réglée par modification du débit de gaz à travers cette partie (30), 15 ce qui fait passer un courant de matières continu par dessus ledit écran (29)-. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé' par le fait que les éléments de sole (7, 12) sont disposés à des hauteurs différentes. 20 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chaque élément (7, 12) est incliné en sens inverse de ceux qui se trouvent au-dessus et au-dessous de lui. 12. 'Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que les éléments (7, 12) sont horizontaux et parallèles. 25 13. Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il comprend deux éléments de sol'e (7, 12) superposés, l'élément inférieur (7) couvrant toute la partie inférieure de l'enveloppe (1), son côté d'entrée se raccordant à une surface (8) non perméable reliée à une paroi d'extrémité (4) de cette envelop-30 pe (1) et son côté de sortie se raccordant à une première paroi verticale (9) montée entre les parois latérales (6) de ladite enveloppe ( 1 ). 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le côté d'entrée de l'élément de "sole supérieur- (12) 35 est relié à une seconde paroi verticale (13) disposée entre les parois latérales (6) de l'enveloppe (1) et son côté de sortie se raccorde à une troisième paroi verticale (14) à hauteur du bord intérieur de la surface non perméable- (8)»"' COPY " j 7017976 10 2042702 15. Appareil selon l'une des rèvendications 10 à 14, caractérise par le fait que l'élément à circulation de gaz est une fosse (16) qui est délimitée par le haut de la première paroi (9), une paroi horizontale (15) partant de cette dernière (9) et le 5 bas de la seconde paroi (13), la paroi (15) comportant une partie perméable (18) par laquelle le gaz pénètre dans cette fosse (16). 16. Appareil selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé par un orifice (22) de sortie des matières adjacent à la surface non perméable (8) et situé au-dessus de celle-ci, et un 10 orifice d'entrée de gaz adjacent à cette surface (8) et situé au-dessous d'elle, le côté de sortie de l'élément supérieur (12) étant disposé de façon que les matières quittant cet élément (12) tombent sur ladite surface (8) et que le gaz introduit par l'orifice d'entrée chasse une partie de ces matières par l'orifice de sortie (22). 15 17. Appareil selon la revendication 10, caractérisé, par le - fait que l'enveloppe (1) contient trois paires superposées d'éléments de sole (7A, 12A, 7B, 12B, 7C, 12C). 18. Appareil selon là revendication 17, caractérisé- par le fait que les éléments adjacents (7A, 12A) sont inclinés en sens iii- 20 verses. 19. Appareil selon la revendication 17, caractérisé par le fait que les éléments (7A, 12A) sont horizontaux. 20. Appareil jelon la revendication 17, caractérisé par le fait que l'élément (12G) comporte un dispositif de recyclage des 25 matières.