Brevet FR2422712A1 — publié le 19791109

Domaine technique. La présente invention concerne des perfectionnements aux gazogènes à tirage inversé, avec réchauffeur d'air de combustion à faisceau tubulaire, refroidisseur et laveur de gaz à contre-courant et condenseur des gaz de combustion, ledit gazogène comportant une élimination hydraulique des cendres. En fait, le gazogène de l'invention est destiné à alimenter des moteurs mixtes "di8el-gaz't qui démarrent en diésel pur et où on diminue progressivement la proportion de combustible liquide pour augmenter la part de combustible gazeux. Ces moteurs, fabriqués par la demanderesse, fonctionnent normalement en n'utilisant que 10 % environ de combustible liquide. Problème posé. Pour qu'un gaz pauvre soit utilisable dans de bonnes conditions dans un moteur l'utilisant à 90 %, les conditions suivantes sont indispensables : a) avoir un pouvoir calorifique le plus régulier possible le P.C.I. moyen doit être de 1000 à 1100 Kcal/m3 b) le gaz doit être le plus propre possible ; en particulier il doit etre exempt de goudron, d'acide pyroligneux et de cendres issues de la combustion ; c) il doit avoir une température la plus basse possible, car celle-ci conditionne l'apport calorifique au cylindre du moteur ; on doit avoir le maximum de poids de gaz pour un volume déterminé de celui-ci ; d) la teneur en vapeur d'eau saturante doit être maintenue à son mlnimum car. l'eau abaisse le pouvoir calorifique. Etat de la technique antérieure et inconvXnients. Les gazogènes à tirage inversé actuels produisent un gaz chaud, de l'ordre de 6000, qui est amené, par une conduite, à un réchauffeur d'air classique, fonctionnant à contre-courant et qui réchauffe l'air de combustion dirigé vers la chambre d'air chaud alimentant les injecteurs amenant l'air de combustion dans la zone de combustion du gazogène. Les gaz dont la température a été abaissée à environ 200-250", sont dirigés à la base d'une tour de lavage où de l'eau est pulvérisée sur des lits d'anneaux de fractionnement (anneaux de Raschig). La tour de lavage abaisse encore la température du gaz qui en sort à une température de l'ordre de 50 à 7ou pour être envoyé, par une autre conduite, vers un condenseur qui élimine le plus possible d'eau. Après le condenseur, le gaz est dirigé vers le moteur en passant généralement par un compresseur. Cette disposition est apparue encombrante et on a constaté une perte de rendement calorifique entre le réchauffeur d'air et la chambre à air chaud du gazogène. La chaleur de refroidissement du gaz est incomplètement transmise à l'air chaud dont la température à intéret à être la plus élevée possible. Les recherches ont donc consisté à rapprocher le plus possible le réchauffeur d'air-refpoidssseur de gaz, de la scurce principale de gaz chauds et le plus près possible de la chambre à air chaud du gazogène. Le réchauffeur d'air classique a l'inconvénient de s'encrasser rapidement. En effets les tubes du faisceau d'échange se salissent fortement, notamment lors des mises en service de l'appareil gazéificateur, à cause de la température insuffisante des fumées, et les températures obtenues en service normal ne permettent pas un brûlage de ces dépôts qui occasionnent, à la longue, une isolation dlminuant l'échange thermique. Le condenseur produit de l'eau qui doit être éli minée et peut être utilisé dans le laveur. Lorsque le condenseur est séparé, comme c'est le cas à présent, il faut prévoir des conduites et des pompes pour améner cette eau au laveur. De toute façon, cette disposition séparée de tous les appareils nécessite de nombreuses tuyauteries, brides, Joints, boulonnerie de liaison, support et fixation. La présente invention est destinée à éviter ces divers inconvénients comme on va l'expliquer ci-après. Bref exposé de l'invention. te gazogène de l'invention est caractérisé principalement par la combinaison a) d'au moins un réchauffeur d'air tiède-refroidisseur de gaz, le plus près possible de l'entrée d'air et sous la grille du gazogène, en aval de celle-ci, dans un sas de soutirage de grand volume où les gaz ont une faible vitesse favorisant le dépôt des cendres dans ledit sas, le gaz circulant à l'exté- rieur des tubes du faisceau et la disposition étant telle que ces gaz soient à une température supérieure à 200e et atteignant 6000 réalisant la pyrolyse des dépôts et le nettoyage permanent desdits tubes, le fond du sas étant constitué par un Joint hydraulique à renouvellement d'eau et comprenant un dispositif noyant les cendres déposées à la surface de l'eau, ou rabatteur, et évacuant les cendres immergées, b) d'un échangeur réchauffeur d'air froid-refroidisseur de gaz déJà partiellement épurés, c) d'un laveur incorporant, à sa partie inférieure, le condenseur, celui-ci utilisant l'essentiel de la section du laveur. Plus précisément, le fond du sas comporte un large moulinet à axe horizontal, à moitié immergé dans l'eau, rabattant les cendres sur un tapis sans fln à mailles métalliques qui élève lesdites cendres mouillées et les élimine à l'extérieur. De son côté, l'échangeur-réchauffeur d'air froid est du type à deux cylindres concentriques, - à chicanes hélicoidales pour le cylindre central destiné aux gaz, - à chicanes alternées, pour le cylindre extérieur destiné à l'air, celui-ci parcourant un anneau cylindrique. Suivant une forme préférée de réalisation, les chicanes alternées sont constituées par des demi-couronnes soudées alternativement d'un côté et de l'autre de l'anneau cylindrlqueu Comme dans les réalisations actuelles, le laveur est du type à colonne mais il est ici surmonté du condenseur. Dans ce laveur, les gaz suivent un parcours les menant successivement a) à la base, dans un dispositif à barbotage sous faible hauteur d'eau maintenue à niveau constant, b) dans la partie médiane, dans des systèmes laveurs où chaque système se compose de rampes de pulvérisation surmontant un lit d'anneaux de fractionnement, - les rampes inférieures étant alimentées en eau du dispositif de barbotage, - tandis que les rampes du système le plus haut sont alimentées en eau fraiche, c) dans la partie la plus haute, un condenseur à tubes horizontaux en quinconce surmontant un dévésiculeur, l'intérieur des tubes étant soumis à un courant d'air forcé. Le condenseur est en somme rapporté à la partie supérieure du laveur et peut s'orienter indifféremment dans diverses directions en pivotant autour de l'axe vertical médian de l'appareil. Solution au problème et avantages. L'adJonction d'un réchauffeur d'air froid-refroidisseur de gaz, permet non seulement un abaissement de la température du gaz environ 100", mais une élévation de la température de l'air de combustion à environ 120 avant qu'il ne soit introduit dans le réchauffeur d'air tiède-refroidisseur de gaz qui lul-même fonctionne à une température nettement plus élevée- puisqu'il est situé dans le proche voisinage de la grille du gazogène. L'air de combustion arrive aux inJecteurs à une température nettement plus élevée que dans la technique actuelle. Le faisceau tubulaire du réchauffeur d'air tiède ainsi que refroidisseur de gaz se trouve à une température nettement plus élevée où se réalise la pyrolyse des dépôts qui pourraient se produire à l'extérieur des tubes de celui-ci. Le rendement thermique de cet appareil est maintenu constamment à sa valeur optimum. Le volume important du sas abaisse considérablement la vitesse des gaz à la sortie de la grille si bien que ce sas peut être qualifié de chambre de tranquillisation où les poussières se déposent sur le fond qui est constitué par un Joint hydraulique. I1 se produit donc un dépoussiérage très efficace immédiatement après la sortie de la grille du gazogène et cette poussière ou cendre est étouffée immédiatement dans le Joint hydraulique par le moulinet du rabatteur qui fait couler lesdites cendres pour qu'elles soient récupérées par le tapis métallique et éliminées immédiatement à l'extérieur. On envoie donc dans lféchangeur-réchauffeur d'air froid, puis dans le laveur, un gaz qui est pratiquement propre. Le nettoyage du gaz se poursuit à la partie basse du laveur, comme dans les laveurs des installations classiques ; cependant dans la présente installation, 1'eau de lavage des systèmes laveurs inférieurs se pollue beaucoup moins rapidement. I1 faut encore signaler que le condenser placé à la partie supérieure du laveur produit de l'eau de condensation, qui est généralement propre, et qui tombe en pluie dans le dévésiculeur qui est ainsi alimenté automatiquement en eau. Le condenseur est ici placé à la partie supérieure de la tour de lavage, au voisinage de la zone de chargement du gazogène et il coopère à la ventilation de cette zone car il peut etre orienté dans la direction voulue. Enfin on diminue considérablement le nombre de tuyauterne puisqu'il n'est plus nécessaire que de réaliser la liaison du gazogène avec le laveur et celle du condenseur avec l'alimentation du moteur. Brève description des figures. La figure 1 est une vue en élévation schématique de l'ensemble de l'installation. La figure 2 est une vue en élévation, partiellement coupée, de l'ensemble du gazogène. La figure 3 est une coupe verticale axiale de l'échan geur-réchauffeur d'air froid. La figure 4 est une coupe verticale schématique du laveur surmonté du condenseur. La figure 5 est une coupe du gazogène suivant I-I de la figure 2. La figure 6 est une coupe du gazogène suivant II-II de la figure 2. Description d 'un mode de réalisation. En se reportant à la figure 1, on voit que l'installation de gazogène de l'invention se compose du gazogène proprement dit 1 de deux échangeurs-réchauffeurs d'air froid-refroidisseur de gaz 2, 3 placés verticalement contre le gazogène 1, de deux réchauffeurs d'air tiède-refroidisseur de gaz 4, 5 placés à la base du gazogène 1, d'un laveur 6 surmonté d'un condenseur 7, une conduite 8 reliant les échangeurs 2, 3 aux laveurs 6 et une conduite 9 évacuant les gaz traités à la sortie du condenseur 7 pour les mener au moteur. Le gazogène 1 a la forme d'une tour reposant sur des pilotis 10 11, 12 et il comprend, en allant du haut vers le bas, une trémie de chargement 13, un sas de séchage de combustible 14, une zone de combustion et de gazéification 15 et un Joint hydraulique de décendrage 16. La zone de combustion 15 comprend une chambre d'air chaud 17 annulaire alimentant une série d'inJecteurs 18 répartis régulièrement autour du gazogène. Une grille 19 se trouve à la base de la zone de combustion 15 et l'intérieur de ladite zone est tapissée d'un briquetage 20 destiné non seulement à protéger les parois mais encore à constituer une isolation. Tout ce qui vient d'être décrit, à part les échangeurs 2 et 3, sont du domaine de la technique. Une première particularité de l'invention consiste à constituer sous la grille 9 et au-dessus du Joint 16, un sas 21 de volume relativement important. La partie inférieure du sas 21 comporte une trémie 22 et deux de ces parois latérales sont constituées par des réchauffeurs d'air tiède-refroidisseur de gaz 4, 5 à faisceaux tubulaires prévus pour que les gaz sortant de la grille 19 et introduits dans le sas 21 lèchent les parois extérieures des tubes. Les gaz qui se sont refroidis sur les parois extérieures des tubes des réchauffeurs 4, 5 sont dirigés vers les échangeurs 2, 3 par des conduites telles que 22, tandis que l'air venant desdits échangeurs 2, 3 est amené au réchauffeur 4, 5 par les conduites telles que 23. Le joint hydraulique de décendrage 16 est constitué par une jupe 24 descendant à I'intérieur du bac 25 qui présente un trop plein 26 assurant le niveau de l'eau 27 tel que la Jupe 24 trempe dans cette eau. Au fond du bac 25 et au moins sous la jupe 24, se déploie un tapis sans fin à mailles métalliques 28 qui est tendu par des- rouleaux 293 30, 31, 32 comportant chacun latéralement des roues dentées reliées par deux chaines 33, 34 (figure 5). Le rouleau 31 est actionné en rotation par un moto réducteur 35. La rotation du tapis 28 se faisant dans le sens de la flèche 36 > il est prévu un racleur 37 qui dirige les cendres mouillées vers un bac d'évacuation 38.A l'intérieur de la Jupe 24 est placé un moulinet 39 cylindrique à axe horizontal avec des pales 40 qui est entraîné en rotation par deux roues dentées 41, 42 qui s'engrênent sur les chaines 33 > 34. L'axe du moulinet 39 est disposé de fagon que ledit moulinet soit à moitié immergé dans l'eau 27. Naturellement chacun des rouleaux 29 à 32 ainsi que les axes du moulinet 39 tournent sur des paliers suivant une technique habituelle. Dans le décendreur qui vient d'être décrit, l'inovation essentielle réside dans le moulinet 39 dont le fonctionnement va être décrit ultérieurement. Les gaz sortant des réchauffeurs 4 et 5 par les conduites telles que 22 aboutissent dans la partie centrale des échangeurs 2 et 3 qui sont du type à deux cylindres concentriques, l'un constitué par un tube extérieur 4D, l'autre par un tube intérieur concentrique 44. En d'autres termes les gaz introduits par la conduite 22 entrent à la partie inférieure du tube 44 (flèche 45) pour en ressortir à la partie supérieure (flèche 46). Pour favoriser les échanges thermiques, on prévoit à l'intérieur du tube 44 une chicane hélicoidale 47 conçue par une vis d'Archimède 48 fixée autour d'un noyau 49. Le gaz sortant de l'échangeur 2 suivant la flèche 4b est canalisé par la conduite 8 vers le laveur 6. L'air froid extérieur de combustion entre sous les hottes 50, 51 (flèche 52, 53) pour s'introduire dans l'anneau cylindrique constitué entre le tube extérieur 43 et le tube intérieur 44. L'échange thermique de cet air avec le gaz passant à l'intérieur du tube 44 est amélioré par la présence de chicanes alternées 54 constituées par des dem-couronnes soudées alternativement d'un côté et de l'autre du tube 44 pour brasser l'air qui ressort chaud, à environ 1200, à la base de l'échangeur 2 (flèche 55). Les échangeurs 2 et 3 sont placés verticalement et accolés au gazogène pour profiter encore de la chaleur rayonnée par lui. L'air sortant à la base des échangeurs 2 et 3 (flèche 55) est dirigé par de courtes conduites vers les réchauffeurs 4 et 5 où il est chauffé à plusieurs centaines de degrés et amené à la charnbre annulaire d'air chaud 17 par les conduites 56, 57. Une particularité de ltinvention réside dans le fait que les inJecteurs 18 sont orientables pour régler au mieux la combustion dans la zone 15. Pour réaliser le réglage de I'orientation, on prévoit des regards 58. La conduite de gaz refroidi 8, à son entrée dans le laveur 6 comporte des coudes 59, 60, orientés vers le bas, qui barbotent dans de l'eau 61 dont le niveau est maintenu par un tube 62 qui plonge dans un bac inférieur 63 dont le niveau constant est assuré par un trop plein 64. En fait1 les coudes 59, 60 sont disposés dans une chambre 65 à la partie supérieure de laquelle se trouve une première rampe de pulvérisation 66 alimentée par la pompe 67 prenant de liteau par la conduite 68 dans le bac 63. La chambre 65 est surmontée de deux systèmes laveurs 69, 70 qui sont séparés entre eux par une grille 71, le système 69 étant séparé de la chambre 65 par une autre grille 72. Les deux systèmes laveurs 69, 70comportent à leur partie supérieure une rampe de pulvérisation 73, 74.La rampe 73 est alimentée par la pompe 67, tandis que la rampe 74 est altvmentée en eau fraîche par la conduite 75. La partie inférieure de chaque système laveur 69, 70 est remplie d'anneaux de fractionnement 76, 77. Chaque système laveur 69, 70 ainsi que la chambre 65 et le bac 63 peuvent être visités par des trappes 78, 79, 80, 81. La partie supérieure de la tour de lavage ou la veur 6 est constituée par un dévésiculeur 82. Le dévésiculeur 82 est destiné à éliminer les gouttelettes d'eau. Le condenseur 7 est boulonné de façon orientable au-dessus du déséviculeur 82. I1 est constitué par un faisceau tubulaire 83 dont les tubes sont disposés en quinconce et horizontalement et sont léchés extérieurement par les gaz qui sont évacués par un tube 84 comprenant des fentes 85, tube qui est relié à la conduite 9. Le faisceau tubulaire 83 est soumis à un courant d'air frais, à l'intérieur des tubes, par un ventilateur 86. Fonctionnement. L'air de combustion entrant dans des échangeurs 2, 3 (flèche 52, 53) s'y réchauffe à environ 120e pour s'intro duire dans les réchauffeurs 4, 5 où il est chauffé à plusieurs centaines de degrés pour être conduit par les conduites 56, 57 à la chambre d'air chaud 17. Le combustible introduit dans la trémie de chargement 13 et qui descend dans le sas 14 puis dans la zone de combustion 15 est brûlez à l'aide de cet air chaud est rapidement gazéifié. La gazéification se fait avec un rendement d'autant meilleurs que la température de l'air comburant est plus élevée.On règle au mieux la combustion et la gazéification par une bonne orientation des injecteurs 18. Les gaz chauds traversant la grille 19 sont fortement chargés en poussières mais, en pénétrant dans le sas 21, leur vitesse est très réduite et les cendres des poussières tombent pour l'essentiel, dans la jupe 24. les gaz chauds à environ 600e viennent lécher le faisceau tubulaire des réchauffeurs 4 et 5 où leur température est abaissée à environ 2oe-2500. Ils sont ensuite canalisés par la conduite 22 vers des échangeurs 2, 3 d'où ils sortent dans la conduite 8 à une température de l'ordre de 100 . Dans la Jupe 24, les cendres et les poussières ddpo- sées à la surface de l'eau 27 sont rabatues par le moulinet 39 et immergées dans l'eau pour se décanter et se déposer sur le tapis 28 qui les évacue (flèche 36) dans le bac 38. Les gaz amenés par la conduite 8 à la base du laveur 6 continuent i-être refroidis et nettoyés de leurs poussières, goudrons et acides pyroligneu par barbotage dans l'eau 61, léchage des surfaces des anneaux de fractionnement 76, 77, qui sont humides et lavage par les rampes de pulvérisation 66, 73 > 74. Ils sont débarassés de l'essentiel de leur humidité par le condenseur 7. REVENDICATIONS l'/ Perfectionnements aux gazogènes à tirage inversé, avec réchauffeur d'air de combustion à faisceau tubulaire, refroidisseur et laveur de gaz à contre courant et condenseur des gaz de combustion, ledit gazogène comportant une élimination hydraulique des cendres, c a r a c t é r i s é s par la combinaison a) d'au moins un réchauffeur d'air tiède-refroidisseur de gaz, le plus près possible de l'entrée dtair et sous la grille du gazogène, en aval de celle-ci, dans un sas de soutirage de grand volume où les gaz ont une faible vitesse favorisant le dépôt des cendres dans ledit sas, le gaz circulant à ltex- térieur des tubes du faisceau et la disposition étant telle que ces gaz soient à une température supérieure à 200' et atteignant 600- réalisant la pyrolyse des dépôts et le nettoyage permanent desdits tubes, le fond du sas étant constitué par un Joint hydraulique à renouvellement d'eau et comprenant un dispositif noyant les cendres déposées à la surface de l'eau, ou rabatteur, et évacuant les cendres immergées, b) d'un échangeur réchauffeur d'air froid-refroidisseur de gaz dé partiellement épuré, c) d'un laveur incorporant, à sa partie supérieure, le condenseur, celui-ci utilisant l'essentiel de la section du laveur. 20/ Gazogène, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait que le fond du sas comporte un large moulinet à axe horizontal, à moitié immergé dans veau, rabattant les cendres sur un tapis sans fin à mailles métalliques qui enlève lesdites cendres mouillées et les élimine à l'extérieur. ) /Gazogène, tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que l'échangeur-réchauffeur d'air froid est du type à deux cylindres concentriques, - à chicanes hé lic oidales pour le cylindre central destiné aux gaz, - à chicanes alternées, pour le cylindre extérieur destiné à l'air, celui-ci parcourant un anneau cylindrique. 4 / Gazogène, tel que défini dans la revendication 3, c a r a c t é r i s é par le fait que les chicanes alternées sont constituées par des demi-couronnes souddes alternativement d'un coté et de l'autre de l'anneau cylindrique. 5 / Gazogène, tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que le laveur est du type à colonne où les gaz suivent un parcours les menant successivement : a) à la base, dans un dispositif à barbotage sous faible hauteur d'eau maintenue à niveau constant, b) dans la partie médiane, dans des systèmes laveurs où chaque système se compose de rampes de pulvérisation surmontant un lit d'anneaux de fractionnement, les rampes inférieures étant alimentées en eau du dispositif de barbotage, - tandis que les rampes du système le plus haut sont alimentées en eau fraiche, c) dans la partie la plus haute, un condenseur, à tubes horizontaux en quiconce surmontant un ddvésiculeur, l'intérieur des tubes étant soumis à un courant d'air forcé. 6 / Gazogène, tel que défini dans la revendication 5, c a r a c t é r i s é par le fait que le condenseur peut s'orienter indifféremment dans diverses directions en pivotant autour de l'axe vertical médian de l'appareil.