Brevet FR2203673A1 — publié le 19740517

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'alimentation d'un réacteur chimique, en particulier d'un appareil de combustion, utilisant un réactif, en particulier un combustible, devant se présenter sous forme d'une suspension de fines particules dans un fluide porteur. Dans de tels appareils, le réactif est préalablement divisé en particules par un pulvérisateur mécanique, pneumatique ou mixte. Le spectre du nuage ainsi obtenu est constitué de gouttelettes de diamètres très différents. Par exemple, une pulvérisation mécanique dans un brûleur classique se traduit par des diamètres de gouttes compris entre 15 et 200f' environ. Par ailleurs, on sait que le rendement de combustion et la réduction des suies sont améliorés par réduction du diamètre des particules avant réaction. La présente invention permet d'éviter que les grosses particules ne parviennent au réacteur. A cet effet, selon l'invention, on introduit dans une enceinte le réactif à l'état divisé et un fluide porteur, on soumet dans cette enceinte les particules de réactif à un traitement de sélection en fonction de leur diamètre, on laisse entraîneur hors de enceinte vers le réacteur, les plus fines particules par- le fluide porteur en mouvement, tandis que lton soustrait dudit fluide porteur en mouvement les plus grosses particules. Les grosses particules ainsi éliminées peuvent être renvoyées vers la réserve d'alimentation en réactif pour être recyclées. Dans le cas d'un brûleur a-limenté en fuel, on ne laissera passer, par exemple, que les gouttelettes de diamètre inférieur à 20 à50t environ. On obtiendra ainsi une flamme bleue avec combustion propre, silencieuse, sans odeur, instantanément, à froid, sans préchauffage du fuel et de ltair. Un dispositif conforme à l'invention comprend des moyens pour introduire dans une enceinte le réactif à l'étant divisé et un fluide porteur, des moyens de sélection des particules de réactif en fonction de leur diamètre disposés dans ladite enceinte, des moyens reliant ladite enceinte et ledit réacteur permettant l'entratnement des plus fines particules par ledit fluide porteur vers ledit réacteur, des moyens pour soustraire les plus grosses particules dudit fluide porteur. L'invention s'applique notamment aux brûleurs industriels ou domestiques utilisant par exemple, un combustible liquide tel que du fuel. L'invention n'exclut pas cependant, le cas de particules solides, par exemple du charbon pulvérisé. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien conprendre comment l'invention peut autre réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin, faisant, bien entendu, partie de ladite invention. des Les figures 1 à 9 sont/vues en coupe correspondant chacune respectivement à un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1 on peut voir une cuve ou boche 1 contenant une réserve de combustible C, par exemple du fuel, à laquelle est relié un pulvérisateur 2 par l'intermédiaire d'un conduit 4 plongeant dans la biche 1 et muni d'une crépine 7, d'une pompe 3 et d'un conduit 5 amenant le combustible sous pression au pulvérisateur 2. Le pulvérisateur 2 qui est orienté pour délivrer un jet sensiblement vertical et dirigé vers le bas, est disposé sensiblement au voisinage du col d'une tuyère convergente-divergente 11 coaxiale. Cette tuyère est ménagée dans un corps creux 8 supporté par un capot ou jupe 13 en forme de cloche pénétrant à l'intérieur de la boche 1 et entourant la partie inférieure du corps creux 8. Le bord inférieur libre du capot 13 est disposé au voisinage du fond de la boche de manière à plonger dans le combustible C, tandis que ltarête inférieure 12 du corps creux 8 est située en regard mais au-dessus de la surface du combustible C. Le col de la tuyère convergente-divergente 11 est constitué par un organe annulaire 9, formant une excroissance tournant sa convexité vers l'axe de ladite tuyère, la position dudit organe 9 pouvant être réglée par coulissement à l'intérieur du corps creux 8. La chambre 14 limitée par le capot 13, la surface extérieure du corps creux et la surface du combustible C est reliée par un conduit 15 à la tette du brûleur 16 dont la flamme est stabilisée par un accroche-flamme conventionnel 17. La boche 1 comporte une mise à l'air libre 6. Le pulvérisateur 2 peut être de type connu, mécanique, pneumatique ou mixte. De préférence, il est du type réalisant une pulvérisation dite "à cane creux", c' est-à-dire délivrant un voile de liquide pulvérisé de forme conique. Le fonctionnement du dispositif décrit est le suivant Le voile du liquide pulvérisé frappe l'arête circulaire 12, ce qui provoque une pulvérisation secondaire du combustible. L'air entraSné par le mouvement du liquide pulvérisé pénètre dans la tuyère 11 et porte les particules les plus fines provenant de la pulvérisation. Le mélange air-combustible finement pulvérisé, est transporté automatiquement vers la tête du brûleur 16 où la flamme est stabilisée par l'accroche-ilamme 17. Les particules les plus grosses qui ne peuvent être entraînées par l'air de combustion en raison de leur masse, retombent dans la cuve ou bâche 1. Le réglage de l'arrivée d'air est effectué par réglage du col 9. Les avantages d'un tel bradeur sont - combustion propre, silencieuse, sans odeur ; - possibilités d'adaptation aux appareils ménssa- gers (cuisinières) ; - obtention d'une flamme bleue iRstantané1ent, à froid, sans préchauffage du fuel ou de l'air - dépense minimum d'énergie, l'air étant induit par le mouvement du liquide. Les modes de réalisation des figures 2 à 5 concernent des brûleurs dans lesquels ltalimentation en air (ou plus généralement en comburant) se fait non plus par entratnement dû à l'énergieodu jet de combustible (air induit) mais par une alimentation forcée, la totalité de cet air forcé étant mélangé au combustible au moment de sa pulvérisation. Il est à noter que dans tous les cas le tirage de la chaudière agit en proportion variable pour l'acheminement de l'air chargé devparticules. Sur ces figures, on retrouve le pulvérisateur 2 et son conduit d'alimentation en combustible 5 disposé coaxialement à un conduit 19 d'alimentation en air forcé (ou autre comburant) associé à un compresseur 18. Le conduit 19 débouche dans une chambre de mélange et de séparation 14 reliée par un passage étranglé 22 à une chambre de combustion 21 qui peut être celle d'un four. Selon la figure 2, des ailettes 24 de mise en rotation du fluide forcé sont disposées dans le conduit 19. La séparation se fait par centrifugation, les grosses particules étant projetées à la paroi de la chambre 14, tandis que les petites particules suivent 11 écoulement du fluide forcé porteur, et pénètrent dans la chambre de combustion 21 par l'étranglement 22. Le combustible projeté à la paroi de la chambre 14 est évacué par le conduit 23 qui retourne à la bâche 1 (non représentée sur la figure 2). Naturellement, la mise en rotation du fluide pourrait entre effectuée par d'autres moyens, notamment par injection tangentielle. Selon la figure 3, la séparation est effectuée par impact sur une plaque d'arrêt 25 disposée dans la chambre 14 en regard de l'injecteur-pulvérisateur 2. Les grosses particules en raison de leur inertie, viennent heurter la plaque 25 tandis que les petites particules contournent l'obstacle avec le fluide porteur et pénètrent dans la chambre de combustion 21. Selon la figure 4, le conduit 19 pénètre dans la chambre 14 et la plaque 25 est prolongée en direction de l'injecteur 2 par une lèvre 26 entourant ledit conduit de manié- re à limiter un passage en double chicane qui ne peut & re franchi que par les plus petites particules. Les grosses particules viennent heurter les parois 25 26, lesquelles sont associées à un conduit 23 de retour à la biche. Selon la figure 5, l'injecteur 2 et le conduit 19 sont disposés selon un axe sensiblement vertical, et orientés vers le bas, la chambre 14 constituant également la réserve de combustible C. La partie supérieure de la chambre 14 débouche par un conduit 28, dans la chambre de combustion 21 avec interposition d'une grille 27, empêchant la propagation de la flamme vers la chambre 14. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, les grosses particules ne peuvent & re entratnées vers la chambre de combustion et retombent dans la réserve de combustible C. Les modes de réalisation des figures 6 à 9 concernent des brûleurs dans lesquels l'alimentation en fluide comburant s'effectue à deux niveaux. Une première alimentation s'effectue au niveau de la pulvérisation 2, le comburant jouant le rôle de fluide porteur des particules ; la seconde alimentation s'effectue à la sortie de la chambre de mélange et de séparation 14, avant I'entrée dans la chambre de combustion. Ce procédé présente l'avantage d'éviter tout risque de propagation de la flamme dans la chambre 14, les proportions adéquates du mélange combustible-comburant n'étant atteintes quen aval de celle-ci. Il a été trouvé par la demanderesse qu'il était avantageux d'introduire environ 10 % du comburant au premier niveau et environ 90 ,f du comburant au deuxième niveau. Il est envisageable, cependant, d'introduire au premier niveau uniquement un fluide porteur inerte et la totalité du fluide comburant au deuxième niveau. Sur Ya figure 6 on retrouve l'agencement de la figure 5 mais le conduit 28 débouche à l'intérieur d'une canalisation 31, reliée en amont à un compresseur 29 d'alimentation forcée en fluide comburant (ou alimentée en air par le tirage naturel dû à la combustion) et en aval à la chambre de combustion 21. Pour améliorer le mélange combustible-comburant, primaire et secondaire, la canalisation comporte une portion 32 en forme de tuyère convergente-divergente au voisinage de ltorifice de sortie du conduit 28. De préférence, cet orifice est situé le plus près possible de la chambre de combustion 21. Selon la figure 7, l'injecteur-pulvérisateur 2 est disposé dans la partie supérieure de la chambre 14 et orienté vers le bas et la première introduction du fluide porteur comburant est assurée par le conduit 19 disposé à la partie inférieure de ladite chambre, ledit conduit 19 étant muni d'orifices latéraux 33 délivrant des jets sensiblement horizontaux. La séparation s'effectue par gravité, le débit du conduit 19 étant réglé par un robinet 30 de manière à ce que la vitesse dans la chambre de séparation 14 soit suffisante pour entratner les particules de diamètre inférieur au diamètre maximal désiré. L'élément moteur peut être la dépression "venturi" obtenue au niveau 32 par l'écoulement forcé de l'air (suppression du compresseur 18). Les grosses particules tombent au fond de la chambre 14 et sont évacuées par le conduit 23 de retour à la banche. Dans ce mode de réalisation, le conduit 28 débouche assez loin de la chambre de combustion 17 mais un étranglement 22 est interposé entre celle-ci et la canalisation 31. Selon la figure 8, une sphère 34 est disposée à l'intérieur de la chambre 14. L'injecteur-pulvérisateur 2 émet un jet sensiblement horizontal en direction de la sphère 34, la séparation des grosses particules s'effectuant par impact sur celle-ci. De préférence, l'orifice de sortie du conduit 19 qui effectue la première introduction de fluide comburant dans la chambre 14 et l'injecteur-pulvérisateur 2 sont disposés de part et d'autre de la sphère de manière à émettre des jets, tous deux dirigés vers la shère mais de directions opposées. Dans ce mode de réalisation, l'étranglement 22 de la figure 7 est remplacé par une grille 27. Selon la figure 9, on dispose dans la chambre 14 un sélecteur de particules du type décrit dans le brevet français 1.593.451, déposé le 26 novembre 1968 sous le titre "Perfectionnements aux sélecteurs de tailles pour particules". La chambre 14 et son conduit de sortie 28 sont séparés par un diaphragme transversal muni d'un orifice central 36 et une sonde 37 de collection des particules est placée en regard de l'orifice 36 en aval de l'écoulement. Un corps profilé 35 est disposé en amont et au voisinage de l'orifice 36, dans la chambre 14. La chambre 14 et le corps 35 présentent le m & e axe de symétrie. Le corps 35 comprend une face plane parallèle au diaphragme transversal se raccordant par des surfaces sensiblement sphériques à la partie arrière du corps, profilée en pointe. On se reportera avantageusement au brevet précité pour une explication détaillée du fonctionnement. Les grosses particules sont recueillies dans la sonde 37 et retournent à la bâche 1, les petites particules échappant à l'extrémité de la sonde et poursuivant leur trajet dans le conduit 28. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits mais qu'elle couvre également ceux que l'on peut obtenir par la mise en oeuvre de moyens techniques équivalents. ltYEaDICATlONS 1. Procédé pour alimenter un réacteur chimique, en particulier un appareil de combustion, utilisant un réactif, en particulier un combustible, devant se présenter sous forme d'une suspension de fines particules dans un fluide porteur, caractérisé en ce que - on introduit dans une enceinte le réactif à l'état divisé et un fluide porteur, - on soumet dans cette enceinte les particules de réactif à un traitement de sélection en fonction de leur diamètre, - on laisse entratner hors de l'enceinte vers le réacteur les plus fines particules par le fluide porteur en mouvement, - tandis que l'on soustrait dudit fluide porteur en mouvement les plus grosses particules. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grosses particules sont envoyées vers une réserve d t alimentation en réactif. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lton met le fluide porteur en mouvement par une mise en pression préalable avant l'introduction dans ladite enceinte ou bien par une injection à grande vitesse des particules de réactif dans une tuyère convergente-divergente dont lgorifi- ce amont débouche dans une atmosphère de fluide porteur et dont l'orifice aval débouche dans ladite enceinte. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications i à 3 le fluide porteur étant lui-même un réactif, en particulier un comburant utilisé dans le réacteur, caractérisé en ce que lton introduit dans ladite enceinte la totalité du fluide porteur nécessaire à la réaction, ou bien une partie seulement de celuici, le reste du fluide nécessaire à la réaction étant alors introduit dans la suspension de particules en aval de ladite enceinte. 5.Dispcsitif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconquc des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour introduire dans une enceinte le réactif à l'état divisé et un fluide porteur, - des moyens de sélection des particules de réactif en fonction de leur diamètre disposés dans ladite enceinte, - des moyens reliant ladite enceinte et ledit réacteur permettant llentratnement des plus fines particules par ledit fluide porteur vers lendit réacteur, - des moyens pour soustraire les plus grosses particules dudit fluide porteur. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ladite enceinte comporte dans sa partie inférieure une couche de réactif à l'état liquide et que les moyens dintro- duction du réactif à ltétat divisé sont disposés au-dessus de la surface de ladite couche et agencés pour envoyer les particules de réactif en direction de ladite surface. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite enceinte est confinée par un capot en forme de cloche dont les bords libres plongent dans la couche de réactif. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit capot comporte dans sa partie supérieure une tuyère convergente-divergente d'axe sensiblement vertical à l'in- térieur de laquelle est disposé coaxialement un injecteur de particules de réactif orienté vers le bas. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de sélection des particules sont constitués par un obstacle disposé dans ladite enceinte et vers lequel sont envoyées lesdites particules. 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de sélection des particules sont constitués par des moyens de mise en rotation du fluide porteur dans ladite enceinte.