Brevet FR2449248A1 — publié le 19800912

La présente invention concerne un générateur de vapeur comportant une chaudière, au moins un foyer à lit fluidisé et un canal des gaz de combustion montant obliquement à partir dudit foyer. Des foyers connus à lit fluidisé destinés à brûler un charbon finement divisé fonctionnent avec un lit fluidisé se composant de seulement 1 Ó environ de charbon et 99 m environ d'un matériau support inerte tel que du sable, du calcaire, de la dolomie, des cendres et d'autres matériaux semblables. I1 est impossible d'éviter que les gaz sortants n'entraînent sous forme de poussières volantes les fractions granulométriques les plus petites des matières solides. L'expérience a en outre montré que la proportion de charbon dans les poussières volantes est sensiblement plus grande que dans le lit fluidisé. Elle peut atteindre jusqu'à 30 Ó. I1 est par conséquent indispensable de ramener les poussières volantes dans le foyer.Etant donnée la grande quantité de poussières volantes, la réinjection nécessite des dispositifs coûteux et sujets à l'usure. De plus, les appareils de dépoussiérage montés en aval de la chaudière sont très grands et coûteux. Un générateur de vapeur comportant une chaudière, au moins un foyer à lit fluidisé et un canal des gaz de combustion montant obliquement à partir de ce foyer est décrit dans le nO 322 des "VDI - Berichte (1978). Dans ce document sont représentés sur un schéma, des deux côtés d'une chaudière, des foyers à lit fluidisé dont chacun desquels comporte un canal des gaz de combustion incliné vers le haut pour aboutir à un foyer additionnel à combustible pulvérisé, placé directement audessous de la chaudière. Les canaux des gaz de combustion ont une forme courte et ramassée et forment un angle d'environ 300 avec l'horizontale. I1 n'est pas possible d'influer sur la quantité de poussières entraînée dans ces canaux et une telle action n'est par ailleurs pas envisagée. La présente invention a pour objet un générateur de vapeur du type indiqué, peu coûteux, réalisé de façon que les poussières volantes entraînées soient déjà séparées, tout au moins en partie, dans le canal des gaz de combustion et ramenées directement dans le lit fluidisé)de manière à soulager les dépoussiéreurs montés en aval et à éluder le problème de la réinjection des poussières, ou tout au moins à réduire très largement son importance. Selon les caractéristiques de l'invention, l'angle ss formé entre l'axe du canal des gaz de combustion et l'horizon- tale est supérieur à l'angle de glissement des poussières volantes et le rapport entre la longueur L et la hauteur efficace ho du canal des gaz de combustion est au moins égal à 2. Si ce canal n'est pas subdivisé verticalement par des cloisons intermédiaires, la hauteur effective correspond, dans le cas présent, à la distance entre les parois inférieure et supérieure délimitant le canal des gaz de combustion, c'està-dire la hauteur libre totale. Mais si ce canal est subdivisé par des cloisons intermédiaires, la hauteur effective correspond à la distance entre une cloison intermédiaire et les cloisons intermédiaires voisines ou la paroi inférieure ou supérieure délimitant le canal des gaz de combustion. Comme on le verra plus loin, l'angle ss ne doit être de préférence que légèrement supérieur à l'angle de glissement des poussières volantes, étant donné qu'une trop forte inclinaison du canal des gaz de combustion a une influence défavorable sur le rapport de la longueur à la hauteur effective. Selon une autre caractéristique de l'invention, la subdivision du canal des gaz de combustion permet une amélioration sensible du pouvoir de séparation pour une longueur prédéterminée dudit canal. Par conséquent, cette forme de réalisation de l'invention est particulièrement préférée. Par ailleurs, les cloisons intermédiaires sont utilisées comme des surfaces d'échange de chaleur supplémentaires. Par conséquent, le canal des gaz de combustion forme déjà une partie de la chaudière, ou même la chaudière toute entière. La réalisation des cloisons intermédiaires selon une autre caractéristique de l'invention, favorise la réinjection des particules séparées et assure en outre une répartition homogène dans le lit fluidisé. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 représente un générateur de vapeur comportant deux foyers à lit fluidisé ; la figure 2 représente à une plus grande échelle un détail de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe d'un canal des gaz de combustion suivant la ligne III-III de la figure 2 ; et la figure 4 est une coupe correspondante d'une autre forme de réalisation. Une chaudière à vapeur 1 comporte de manière classique un serpentin tubulaire 2, ainsi que deux foyers 3 à lit fluidisé, -qui sont disposés symétriquement par rapport aux deux côtés de la chaudière 1. Chaque foyer 3 comporte de manière connue un plateau répartiteur 4 destiné à l'alimentation en air comburant provenant d'une conduite 5. Un transporteur 8 assure l'alimentation en charbon et en matière inerte à partir de trémies 6 et 7. Un canal 9 d'évacuation des cendres part d'un endroit situé un peu au-dessus du plateau 4. Chaque foyer est garni de tubes plongeurs 10, dans lesqueis circule un fluide échangeur de chaleur. Des canaux obliques 11 servent à amener les gaz de combustion chauds à la partie inférieure de la chaudière à vapeur 1. Ils forment avec un plan horizontal un angle ss voisin de 55 . La section transversale du canal 11 est à peu près égale à la section de sortie du foyer 3 à lit fluidisé. A la différence de la pratique courante, dans laquelle les canaux 11 des gaz de combustion des deux foyers 3 sont évidemment symétriques, les deux canaux 11 sont représentés différents en vue de simplifier la représentation de deux exemples différents de réalisation de l'invention. Dans le canal représenté à gauche, plusieurs cloisons intermédiaires 12 sont montées, avec des écartements égaux, parallèlement à la paroi inférieure 13, et subdivisent le canal 11 en plusieurs canaux élémentaires superposés 14. Par contre; le canal 11 représenté à droite présente une section exempte de chicanes. Une conduite 15 d'échappement des gaz part de la partie supérieure de la chaudière 1, et aboutit à un filtre électrostatique 16. En cas de besoin, des conduites non représentées partant de ce filtre peuvent être prévues pour ramener les poussières séparées dans les foyers à lit fluidisé. La figure 2 permet d'expliquer des paramètres géométriques essentiels L, H, h, et S.H est dans chaque cas la hauteur totale, c'està-dire la distance entre les parois inférieure 13 et supérieure 17 du canal 11. Par contre h représente la distance comprise entre les cloisons intermédiaires 12 ou entre celles-ci et les parois inférieure 13 ou supérieure 17 du canal 11. En l'absence de cloisons intermédiaires 12, la hauteur effective ho est égale à H et, quand de telles cloisons existent, ho = h. I1 est visible sur la figure 2 que les cloisons intermédiaires 12 ainsi que les parois 13 et 17 du canal 11 sont des surfaces d'échange de chaleur, étant donné qu'elles sont constituées habituellement par des tubes 18 et des amers intermédiaires 19 soudées entre eux (figure 3). La surface a ainsi un profil cannelé, les cannelures étant orientées dans le sens de la longueur. Les surfaces d'échange de chaleur comportent chacune un tube collecteur supérieur 20 et inférieur 21. Des intervalles existent entre le bord inférieur des âmes 19 et le tube collecteur inférieur 21. Selon la figure 4, les cloisons intermédiaires sont, tout comme la paroi inférieure 13 du'canal 11, constituées de tôles 22 ayant un profil ondulé ou en zig-zag formant des rigoles profondes 23, également orientées dans le sens de la longueur. Les gaz de combustion sortant d'un foyer à lit fluidisé sont chargés de poussières volantes qui contiennent jusqu'à 30 % de charbon pulvérisé. Lors de leur passage dans le canal 11 orienté obliquement de bas en haut, les particules solides décrivent, du fait de leur poids propre, une trajectoire incurvée vers le bas. Cette courbure est d'autant plus forte que les particules sont plus grosses et donc plus lourdes. En d'autres termes, en parcourant le canal 11, chaque particule tombe d'une certaine hauteur, qui dépend de sa forme et de sa masse. De ce fait, toutes les particules au-dessus d'une certaine grandeur minimale tombent sur la paroi inférieure 13 du canal 11, ou sur une cloison intermédiaire 12. Les cloisons 12 réduisent la hauteur de chute de toutes les particules dans le courant de gaz et améliorent ainsi la séparation. Etant donné que l'angle ss est supérieur à l'angle de glissement, les particules,dont le déplacement n'est pas en travé par le mouvement du courant de gaz au voisinage de la couche limite, glissent et retombent dans le foyer 3. Si les cloisons 12 sont, comme cela est représenté sur la figure 2, des surfaces d'échange de chaleur, les particules séparées tombent par les intervalles compris entre les âmes 19 et le tube collecteur inférieur 21. La vitesse avec laquelle les gaz sortent du foyer 3 est supposée, par exemple, voisine de 1 m/s. A cette vitesse et pour une température des gaz de 900 C, les particules de charbon plus petites que 0,3 mm environ sont entraînées à l'extérieur. Compte tenu de ces hypothèses, on a porté sur le tableau 1 pour les angles 6 = 55 et ss = 65 , le quotient L/h, théorique, arrondi, de la longueur L du canal des gaz de combustion par la hauteur h, théorique efficace, en fonction du diamètre d du grain le plus petit à séparer, pour quelques cas servant d'exemples. En outre, le tableau 1 contient des recommandations concernent le nombre n de cloisons intermédiaires nécessaires dans chaque cas.On part en outre du fait qu'il est souvent avantageux,pour des motifs de construction, de choisir une longueur L ne dépassant pas deux fois 1a hauteur globale H. Si l'on préfère pour des motifs quelconques un rapport L : H différent, n change naturellement en conséquence. Le tableau 1 ci-après, montre, comme on s'y attendait, que dans des conditions par ailleurs identiques, le nombre des cloisons intermédiaires croit si l'on augmente les exigences concernant le degré de séparation, c'est-à-dire quand on réduit la dimension minimale des particules à séparer. Par ailleurs, le tableau 1 indique que le nombre de cloisons intermédiaires nécessaires croit quand on augmente la pente du canal des gaz de combustion. Pour cette raison, on ne donnera pas, en règle générale, à l'angle ss une valseur plus grande que celle nécessaire pour assurer un bon glissement. TABLEAU 1 d (mm) 0,2 0,15 0,125 0,1 0,075 L 2 4 6 10 14 pour ss ho = 550 n O 1 2 4 6 L 2,5 5 7,5 13 21,5 pour$ ho 65' n 1 2 3 6 10 I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre indicatif, mais non limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur comportant une chaudière, au moins un foyer à lit fluidisé et un canal des gaz de combustion montant obliquement à partir de ce foyer, caractérisé en ce que l'angle B) formé entre l'axe du canal (11) des gaz de combustion et lthorizontale est supérieur l'angle de glissement des poussières volantes et en ce que le quotient de la longueur L par la hauteur effective h, du canal (11) est au moins égal à 2. 2. Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle (ss) ne dépasse pas de plus de 20' l'angle de glissement. 3. Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le canal (11) est subdivisé par au moins une cloison intermédiaire (12) en plusieurs canaux élémentaires (14) placés l'un au-dessus de l'autre. 4. Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cloisons intermédiaires (12) sont des surfaces d'échange de chaleur. 5. Générateur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la paroi limite inférieure (13) du canal (11) et éventuellement les cloisons intermédiaires (12) comportent des cannelures (23).