Brevet FR2307584A1 — publié le 19761112

la présente invention se rapporte à un cyclone séparateur spécial pour les gaz d'échappement chauds et poussiéreux d'un four, tel qu'un four à lit fluidisé. On connaît déjà différents cyclones séparateurs dont la chambre de séparation a la forme d'un cylindre vertical et dont la partie inférieure est en forme d'entonnoir, la pointe conique dirigée vers le bas. On prévoit, dans ce cas, un conduit d'alimentation tangentiel dans la partie haute fermée de la chambre de séparation pour envoyer les gaz d'échappement poussiéreux sur la surface intérieure courbe de la chambre cylindrique de séparation et dans la partie supérieure de la chambre de séparation, une sortie située centralement pour l'évacuation des gaz d'échappement épurés d'où les poussières ont été séparées par la force centrifuge; dans ce cas, les matières solides descendent le long du imir de la chambre de séparation dans l'entonnoir, d'où elles sont éliminées. Dans ces dispositifs connus, le refroidissement des gaz d'échappement et la récupération de la chaleur s'effectuent à part dans un échangeur de chaleur, où les gaz d'échappement poussiéreux sont refroidis indirectement par l'air de combustion et d'où ensuite ces gaz d'échappement refroidis sont déversés dans le cyclone, l'air de combustion préchauffé étant envoyé dans le four à lit fluidisé, par exemple. Bes grosses particules de poussières des gaz d'échappement causent une érosion énergique des surfaces d'échange de chaleur. Les particules poussièreuses en fusion des gaz d'échappement bouchent les conduits de l'échangeur de chaleur. L'objet de la présente invention est de réaliser undispositif de structure plus simple, moins encombrant et moins coûteux que ceux connus. Dans le dispositif de l'in- vention, le refroidissement des gaz d'échappement et la séparation des solides des gaz d'échappement se situent dans un seul et même appareil, où le transfert de chaleur des gaz d'échappement à l'air de combustion et/ou à l'oxygène, est efficace et dans lequel les solides sont aussi refroidis efficacement avant entre éliminés du séparateur. L'objet de cette invention est donc de réaliser un cyclone séparateur du type ci-dessus, ayant une cham- bre de séparation essentiellement en forme de cylindre vertical qui a, dans sa partie supérieure, une bouche d'alimentation tangentielle pour alimenter en gaz poussièreux la chambre de séparation dans le but de séparer les solides des gaz et une sortie pour les gaz dépoussiérés, et dans sa partie inférieure, un organe permettant de retirer les solides séparés venant de la chambre de séparation. Â cet effet, l'invention prévoit dans le cyclone séparateur, un espace de pré chauffage pour l'air et/ou oxygène de combustion qui occupe au moins une partie de la paroi de la chambre de séparation, l'entrée de cet espace de préchauffage étant reliée à la source d'air et/ou d'oxygène de combustion pour préchauffer l'air et/ou l'oxygène, et sa sortie étant reliée à 1'alimentation en air et/ou oxygène de combustion du four, l'espace de préchauffage servant simultanément d'espace de refroidissément pour les gaz et les matières solides qui sont dans la chambre de séparation. Ainsi, suivant l'invention, on combine avec le cyclone séparateur, un échangeur de chaleur qui est en contact avec la totalité, ou une partie, de la surface du cyclone séparateur, pour refroidir indirectement les gas d'échappement poussièreux au moyen d'un agent refroidissant, tel que de l'air et/ ou de l'oxygène, tandis que les solides séparés peuvent aussi être refroidis directement. Dans une première réalisation, le cyclone séparateur possède une double paroi, et, dans ce cas, on envoie l'air et/ou oxygène dans l'espace contenu entre les deux parois et reprend l'air/ou l'oxygène préchauffé de cet espace pour l'envoyer dans le four. Comme le courant gazeux, dans la chambre de séparation, est en mouvement turbulent, un transfert efficace de chaleur s'accomplit à travers le mur de la chambre de séparation vers l'agent refroidissant qui s'écoule dans l'espace délimité par la double paroi, et le refroidissement des particules solides est particulièrement efficace à partir du moment où, sous l'effet de la force centrifuge, elles descendent le long du mur refroidi de la chambre de séparation. De plus, des plaques guides peuvent être posées dans l'espace délimité par la double paroi du cyclone séparateur pour diriger l'air ou l'oxygène refroidissant dans cet espace de la façon désirée, par exemple hélicordalement en rapport avec l'écoulement à contre courant des gaz d'échappement dans la chambre de séparation. Des épingles ou autres organes de freinage du flux gazeux peuvent être posés fixés à la paroi intérieure dans cet espace pour provoquer un transfert efficace de chaleur. Comme la paroi de la chambre cyclone est refroidie, il n'est plus nécessaire de faire appel à des matériaux onéreux résistant à de bau, tes températures pour la construction du dispositif. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans les- quels t - la figure 1 représente une coupe longitudinale d 'une première réalisation de l'invention, - la figure 2 une coupe longitudins- le d'une variante de cette réalisation. Dans la figure 1, le chiffre I indique ltensemble de l'échangeur de chaleur cyclone d'après 1' inven- tion, 2 un four, 3 un insuffleur d'air de combustion et 4 un dis- positif de récupération des cendres. Lea gaz d'échappement du four 2 sont dirigés vers l'échangeur de chaleur par un tuyau 5. L'échan- geur de chaleur cyclone a une paroi extérieure 6 et une paroi intérieure 7, qui forment une chambre de séparation ou chambre cyclone 8. Bes gaz sont introduits tangentiellement dans la chambre cyclone pour créer un écoulement turbulent.Dans la chambre cyclone, les particules solides sont projetées par la force centrituge contre les parois de la chambre et tombent dans la partie inférieure en forme , d'entonnoir, d'où elles sont retirées pour aller dans le dis- positif de récupération des cendres au moyen d'un dispositif d'entraînement 9. Bes gaz d'échappement d'où les particules solides ont été séparées, sont évacués de la chambre cyclone par un conduit d'évacuation 10, situé dans la partie supérieure de celle-ci. L'air est introduit par l'insuffleur 3 par le conduit II, fixé dans la partie inférieure de l'espace situé entre les parois extérieure et intérieure de l'échangeur de chaleur cyclone, et est évacué par le conduit 12, fixé à la partie supérieure, ou vice versa. L'air se réchauffe en s'écoulant le long de la paroi de la chambre cyclone qui est chauffée par les gaz d'échappement, de sorte que sa température s'élève et la température des gaz d'échappement baisse simultanément. Dans cette réalisation, l'air est introduit dans le four 2 comme air de combustion préchauf- fé. La réalisation d'après la figure 2 diffère de la précédente en ce qu'une voûte est ajustée à l'inté rieur de la chambre cyclone 8 immédiatement au-dessus de la partie en forme d'entonnoir. Les bords de la voûte sont à une faible dis- tance de la paroi intérieure 7 de la chambre cyclone; il en résulte que les particules solides séparées peuvent stécouler sans obstacle dans la partie en forme d'entonnoir, mais la pénétration des gaz d'échappement soue la voûte 13 est empêchée substantiellement. Dans ce cas, une partie de l'air de combustion est introduite par le conduit 15 qui se prolonge à travers la paroi intérieure 7 dans l'espace sous la voûte 13, où cet air est directement en contact avec les matières solides séparées, afin d'assurer un échange de chaleur et ainsi les matières solides sont refroidies efficacement; l'air est évacué par un conduit de sortie 14 situé au centre de la voûte et déchargé hors du cyclone de séparation. On ne doit naturellement pas introduire l'air sous la volte 13 dans des conditions qui lui permettraient d'emporter des matières solides avec lui quand il est évacué de cet endroit. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d1autres modes et à'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'inven- tion. REVEND EPE-DICITIOS 1.- Cyclone séparateur par exemple pour les gaz chauds poussiéreux venant d'un four, comportant une chambre de séparation ayant substantiellement la forme d'un cylindre vertical qui a, dans sa partie supérieure, une entrée d'alimentation tangentielle pour l'arrivée des gaz chauds et poussiéreux dans la chambre de séparation, destinée à séparer les matières so- lides des gaz et une sortie pour les gaz dépoussiérés, et dans sa partie inférieure, un organe permettant d'évacuer les matières solides séparées de la chambre de séparation, cyclone séparateur ca ractérisé en ce qu'il y est prévu un espace de préchauffage pour l'air et/ou l'oxygène de combustion qui occupe au moins une partie de la paroi 7 de la chambre de séparation 8; l'entrée II de cet espace de préchauffage étant reliée à la source d'air et/ou d'oxygène de combustion pour préchauffer l'air et/ou l'oxygène, et sa sortie 12 étant reliée à l'alimentation en air et/ou oxygène de combustion du four 2, 1' espace de préchauffage servant simultanément d'espace de refroidissement pour les gaz et les matières solides qui sont dans la chambre de séparation 8. 2.- Cyclone de séparation suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutà l'extérieur de la paroi 7 de la chambre de séparation, se trouve une seconde paroi 6, les parois 6 et 7 formant ensemble un espace de préchauffage et de refroi- pissement, 3.- Cyclone séparateur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il contient une voûte (13) fixée dans la chambre de séparation (8), le bord de 18 voûte formant avec la paroi (7) de la chambre de séparation (8), une ouverture circulaire ou plusieurs ouvertures successives en forme d'anneau pour permettre aux solides séparés de passer dans l'espace sous la vote et de se séparer des gaz chauds et poussiéreux, cet espace ayant une entrée et une sortie (15 et 14) pour 1'air ou l'oxygène à préchauffer. 4.- Cyclone séparateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'entrée (15) de l'espace sous la vofte est relié à l'espace de préchauffement et de refroidissement. 5.- Cyclone séparateur suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la sortie (14) de l'espace sous la voûte est reliée à l'organe d'alimentation en air et/ou oxygène de combustion du four 2. 6.- Cyclone séparateur suivant l'une des revendications 2 et 5, caractérisé en ce que l'entrée del'air et/ou de l'oxygène se situe dans la partie la plus basse de l'espace de préchauffage et refroidissement et la sortie se situe dans la partie la plus haute de cet espace, et en ce qu'on prévoit, dans ce même espace, des plaques guides pour provoquer un écoulement ascensionnel hélicoïdal de l'air et/ou l'oxygène refroidissant en rapport avec ltécoulement à contre-courant des gaz dans la chambre de séparation.