Brevet FR2462472A1 — publié le 19810213

L'invention concerne une installation de gazéification du charbon, et plus particulièrement un élément d'é -coulement ou d'évacuation des crasses destiné au décrassage d'installations de gazéification du type dans lequel du charbon ou tout autre combustible charbonneux est introduit dans la partie supérieure d'une cuve de gazéification en forme de colonne, et gazéifié à pression et température élevées par l'introduction d'oxygène et de vapeur d'eau > au moyen de tuyères, dans une zone proche du lit de combustible .Les cendres résiduelles s'accumulent en formant un laitier et du fer en fusion dans le creuset de la colonne de gazéification, et ce laitier est périodiquement déchargé (au cours d'une opération communément appelée "décrassage") en s'écoulant vers le bas dans un orifice ou une prise de sortie ou d'écouliement, ménagé dans le creuset, le laitier étant conduit dans de l'eau contenue dans une chambre de refroidissement. En général, un bain de laitier et de fer en fusion est maintenu dans le creuset par l'application de produits chauds de combustion provenant d'un brûleur disposé au-dessous de ltori- fice d'écoulement du laitier, ces produits s'relevant jusqu'à cet orifice afin de maintenir le bain de laitier et de fer dans le creuset.L'évacuation du laitier et du fer en fusion est déclenchée et commandée par l'arrêt du brûleur ou la diminution de sa puissance, et par diminution de la pression régnant dans la chambre de refroidissement au moyen d'une mise à l'atmosphère réglée, effectuée à l'aide du circuit de ventilation de cette chambre, afin que lton obtienne une différence de pression entre la chambre de refroidissement et la colonne de gazéification. Des exemples d'une telle installation de gazéification comportant un dispositif de décrassage sont décrits dans le brevet britannique n" 977 122 et dans les bulletins n" GC 50 et GC 112 de "The Gas Council Research Communications". Les matières constitutives de l'élément d'écoulement des crasses et du creuset de ces colonnes de gazéification à décrassage sont soumises à une érosion, une corrosion et une attaque thermique violentes de la part du laitier et du fer. La température élevée et la mobilité du mélange de laitier et de fer pendant le décrassage et la retenue du laitier rendent les matières constitutives de l'orifice d'écoulement des crasses et de la partie immédiatement voisine très sensibles à une érosion et une attaque thermique par le fer. On a rencontré des difficultés pour équiper une telle installation de gazéification d'un élément d'écoulement du laitier ne se détériorant pas rapidement sous l'effet de la température élevée et de la présence du fer dans le laitier pendant le fonctionnement de l'installation.Aussi, l'un des objets de l'invention est la mise en oeuvre d'un élément perfectionné d'écoulement ou d'évacuation du laitier destiné à une installation de gazéification à décrassage, et conçu de manière à être moins sensible à ces inconvénients. L'invention concerne donc un élément d'écoulement ou d'évacuation du laitier destiné à une installation de gazéification du charbon comportant un dispositi;E de décrassage. Cet élément comprend une masse moulée pleine en métal à haute conductibilité thermique, réalisée d'une seule pièce avec un tube métallique destiné à la circulation d'un liquide de refroidissement à l'intérieur de cette masse. Cette dernière présente une surface supérieure de coulée sur laquelle le laitier déchargé de la colonne de gazéification s'écoule. La masse moulée présente également un orifice central d'évacuation du laitier vers lequel la surface supérieure de coulée descend et converge pour y aboutir. Le tube de refroidissement peut conserver sa forme, sans déformation sensible, pendant la coulée de la masse de métal l'entourant. Ce tube passe à l'intérieur de la masse ainsi moulée et il forme un conduit de refroidissement adjacent à la surface de coulée et à la surface de l'orifice, la distance comprise entre ce tube et lesdites surfaces étant comprise entre 6,5 et 38 millimètres. Les extrémités du tube dépassent à l'ex- térieur de la masse métallique moulée environnante, de manière à former une entrée et une sortie pour le fluide de refroidissement. Le principe du réglage du débit d'écoulement du laitier du creuset par l'orifice d'évacuation et la résis tance à l'érosion de l'élément d'écoulement dépendent de facteurs critiques de conception de cet élément d'écoulement comprenant, entre autres, la conductibilité thermique du matériau utilisé, la forme et la géométrie de la masse métallique formée par ce matériau, la dimension de l'orifice de cette masse et les dimensions, la longueur et la position du canal de refroidissement par rapport aux surfaces de l'élément d'écoulement exposées à une attaque thermique. La quantité de liquide de refroidissement et le débit d'écoulement de ce liquide constituent également un facteur important entrant dans la conception de l'élément d'écoulement du laitier car les surfaces de la masse en contact direct avec le laitier et les gaz du brûleur doivent être refroidies efficacement pour conserver des températures acceptables, de préférence comprises entre 50 et 400"C. Ce pendant > par ailleurs, il est important d'éviter de trop grosses pertes de chaleur du creuset par l'élément d'évacuation des crasses. En général, des vitesses d'écoulement de l'ordre de 6 à 9 mètres par seconde sont avantageuses pour donner aux parois du canal d'écoulement une température constante comprise entre 10 et 200C. I1 est préférable que l'élément d'écoulement des crasses soit réalisé en cuivre, avec ou sans métal allié. La surface la plus haute de l'élément d'évacuation des crasses (généralement -appelée "zone de coulée") est de préférence inclinée vers le bas et vers l'intérieur et elle aboutit à la surface périphérique de l'orifice central qui peut être en forme de cylindre droit. La surface de ré- volution de la zone de coulée peut avoir, en section droite, tout profil convenable, par exemple un profil partiellement circulaire ou parabolique, bien qu'il soit préféré qu'elle ait une forme tronconique. Dans des conditions typiques de fonctionnement de la colonne de gazéification, dans lesquelles la température du bain de laitier est de l'ordre de 1450"C et celle des gaz du brûleur comprise entre environ 1500 et 1600 C, la surface la plus haute ou surface de coulée de l'élément d'évacuation des crasses est maintenue à une température comprise entre 200 et 400"C ; la surface cylindrique de l'orifice de cet élément est maintenue à une température comprise entre 100 et 400"C ; et la surface la plus basse de l'élément d'évacuation > proche du brûleur, est maintenue à une température comprise entre 50 et 400"C. La fabrication de l'élément d'écoulement ou d'évacuation des crasses à refroidissement par liquide, destiné à une installation de gazéification du charbon à décrassage, du type décrit ci-dessus, consiste avantageusement à donner au tube métallique la forme d'un enroulement hélicoïdal comprenant ladite entrée et ladite sortie du fluide de refroidissement, et à couler une masse de cuivre > avec ou sans métal allié, autour de l'enroulement hélicoïdal, dans une forme souhaitée, de manière que l'entrée et la sortie dépassent à l'extérieur de la masse ainsi moulée. Le tube peut être réalisé en alliage de nickelchrome, avec ou sans métaux alliés, possédant également une grande résistance à la corrosion. En outre > la surface extérieure du tube peut comporter des organes améliorant la liaison avec le métal moulé, afin d'établir un bon contact thermique avec ce métal et de réduire toute tendance à la formation de criques thermiques apparaissant dans le métal moulé > lors du refroidissement suivant la coulée, en particulier lorsque aes métaux différents sont utilisés pour le tube et la masse moulée. L'invention concerne donc une installation de gazéification du charbon à décrassage, comprenant une cuve de gazéification, un dispositif destiné à introduire du charbon dans cette cuve afin qu'il y soit gazéifié, un dispositif destiné à introduire de l'oxygène et de la vapeur d'eau dans la cuve pour provoquer la gazéification du charbon, un creuset situé à la partie inférieure de la cuve et présentant un orifice par lequel les crasses peuvent être éliminées, un brûleur disposé au-dessous de l'orifice d'évacuation des crasses et destiné à diriger un courant de produits chauds de combustion vers le haut, dans l'orifice d'élimination des crasses, afin de maintenir le laitier à l'état fondu sur le creuset, une chambre de refroidissement disposée au-dessous de l'orifice d'évacuation des crasses et destinée à recevoir le laitier déchargé au moyen de cet orifice, et un dispositif destiné à réduire ou arrêter le courant de gaz chauds de combustion pour permettre l'évacuation des crasses par l'orifice. Le perfectionnement de la colonne selon l'invention réside dans le fait que l'orifice d'évacuation des crasses est disposé centralement à l'intérieur du creuset et qu'il se présente sous la forme d'un conduit à peu près ver tical > traversant un élément amovible d'écoulement des crasses, du type décrit précédemment. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'une installation de gazéification à lit fixe à décrassage - la figure 2 est une coupe axiale de l'élément amovible d'évacuation des crasses selon l'invention, utilisé dans l'installation de gazéification représentée sur la figure 1 ; et - la figure 3 est une coupe axiale d-'un tronçon du tube hélicoïdal de l'élément d'évacuation des crasses. Comme représenté sur la figure 1, l'installation de gazéification comporte une chambre 10 de gazéification sous pression, à garnissage réfractaire, dans laquelle du charbon est introduit au moyen d'une trémie 12 à verrouillage et égalisé par un distributeur rotatif 14. De l'oxygène et de la vapeur d'eau sont introduits dans le lit de combustible (non représenté) par des tuyères 16, afin de favoriser la gazéification du charbon. Lors de l'utilisation de cette installation, un réservoir ou bain de laitier et de fer en fusion se forme sur le creuset incliné 18 et est évacué périodiquement par un orifice réalisé dans un élément amovible 20 d'écoulement des crasses, monté à l'intérieur du creuset.Les crasses sontdirigdes vers un réservoir d'eau 22 contenu dans une chambre. 24 de refroidissement où elles sont rapidement refroidies dans de l'eau turbulente sortant d'un anneau tubulaire perforé 26, avant d'être dirigées vers une trémie 28 à verrouillage sous la forme d'une fritte constituée de particules fines et denses, entraînées avec une certaine partie de l'eau de refroidissement, lors de la manoeuvre d'une vanne 30. La fritte est déchargée de la trémie 28 sur des transporteurs 32 en mouvement. L'eau arrivant à l'anneau 26 de refroidissement par une entrée 34 peut être constituée, en partie, d'eau recyclée par des sorties 36 et 38, en provenance de la chambre Gt refroidissement et des trémies 24 et 28 à laitier, respectivement, le recyclage étant effectué au moyen d'un dispositif de pompage et de filtration (non représenté). La chambre 24 de refroidissement est fixée d'une manière étanche aux gaz au fond de la chambre 10 de gazéification, par l'intermédiaire d'une bride intercalaire 40. Un brûleur 60 sans mélange préalable et l'élément 20 d'écoulement des crasses sont supportés par la bride annulaire 40 tout en pouvant, cependant > en être aisément démontés. Comme représenté sur la figure 2 > l'élément 20 d'écoulement ou d'évacuation des crasses comprend un corps 42 en cuivre, avec ou sans métal allié, moulé sur un tuyau 44 enroulé en hélice et comprenant une arrivée 46 et une sortie 48 qui font saillie de la base du corps. Ce tuyau permet la circulation d'eau de refroidissement. L'élément diécoulement des crasses présente une surface 50 de coulée, de forme tronconique, aboutissant à la surface cylindrique d'un orifice 52 de décharge des crasses, cet orifice 52 se terminant par une lèvre annulaire 54. La surface périphérique extérieure 56 du corps 42 est de préférence conique afin qu'il soit aisé de démonter l'élément du creuset de l'installation de gazéification.Une gorge annulaire 58 est réalisée dans la base du corps 42 de manière à s'enclencher coaxialement avec une nervure annulaire (non représentée) faisant saillie sur la bride intercalaire. Dans un exemple typique de l'élément d'écoulement ou d'évacuation des crasses, le tuyau hélicoïdal 44 est réalisé en alliage de nickel et de chrome, par exemple en alliage connu sous l'appellation "Inconel 600", de manière à avoir une longueur d'environ 105 cm, un diamètre intérieur de 12,5 mm et une épaisseur de paroi de 6,5 mm. La largeur globale du corps moulé 42 est d'environ 325 mm et sa hauteur globale est d'environ 115 mm. Le diamètre de l'orifice 52 est d'environ 51 mm et sa hauteur d'environ 38 mm. Cet orifice aboutit à la surface de coulée qui forme un angle d'environ 38 avec l'horizontale.Il est préférable que la surface extérieure de la longueur sur laquelle le tuyau héli cotidal est moulé dans le corps 42 présente plusieurs nervures annulaires espacées 45 (figure 3) améliorant la liaison avec le métal moulé, ce qui favorise la transmission de la chaleur au liquide de refroidissement et évite toute tendance à la fissuration de la pièce moulée pendant le refroidissement suivant la coulée de cette pièce. Le tuyau héli cotidal est positionné à l'intérieur du corps moulé de manière que ses spires s'étendent au moins autour et à proximité immédiate de la surface de coulée et de la surface de l'orifice, la distance séparant lesdites-spires desdites surfaces étant de préférence comprise entre 6,5 et 38 mm. La fabrication de l'élément d'écoulement ou d'évacuation des crasses consiste d'abord à donner au tuyau 44 la forme héli coldale souhaitée, à maintenir ce tuyau au moyen d'organes convenables, dans un moule convenable, duquel l'-entrée 46 et la sortie 48 font saillie > et à couler du cuivre ou un alliage de cuivre dans le moule pour former le corps 42. Ce procédé de fabrication permet d'obtenir un bon contact et, par conséquent, une bonne transmission de chaleur entre le corps 42 et le conduit de refroidissement formé par le tuyau 44. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'élément de décrassage décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS Elément d'écoulement des crasses destiné à une installation de gazéification du charbon comportant un dis- positif de décrassage, caractérisé en ce qu'il comporte une masse moulée et pleine, en métal à haute conductibilité thermique, dans laquelle est incorporé un tube métallique permettant à un liquide de refroidissement de circuler à l'intérieur de ladite masse, cette dernière présentant une surface supérieure de coulée sur laquelle les crasses déchargées de l'installation de gazéification s'écoulent vers un orifice central d'évacuation desdites crasses, ménagé dans ladite masse, la surface supérieure de coulée étant inclinée vers le bas et vers l'intérieur et aboutissant à l'orifice d'évacuation des crasses > le tube de refroidissement pouvant conserver sa forme, sans déformation sensible, pendant la coulée de la masse métallique l'entourant, ce tube passant à l'intérieur de ladite masse et formant un conduit de refroidissement adjacent à la surface de coulée et à la surface de l'orifice d'évacuation des crasses, la distance séparant le tube desdites surfaces étant comprise entre 6,5 et 38 mm, les extrémités du tube faisant saillie à l'extérieur de la masse métallique moulée entourant ce tube demanière à former une entrée et une sortie de fluide de refroidissement. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse métallique moulée est réalisée en cuivre avec ou sans métal allié. 3. Elément selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la surface supérieure de coulée de l'élément d'écoulement des crasses est de forme tronconique, la surface périphérique de l'orifice central d'évacuation des crasses ayant la forme d'un cylindre droit. 4. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface périphérique extérieure de l'élément d'écoulement est conique. 5. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube est réalisé sous la forme d'un serpentin en nickel-chrome, avec ou sans métaux alliés. 6. Elément selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface extérieure du tube présente plusieurs nervures annulaires espacées qui améliorent la liaison de ce tube avec la masse moulée environnante. 7. Elément selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la largeur globale du corps moulé est comprise entre 3CS et 330 mm, alors que sa hauteur globale est comprise entre 7,5 et 125 mm environ, le diamètre de l'orifice d'évacuation des crasses étant compris entre 38 et 65 mm et sa hauteur étant comprise entre 25 et 50 mm, cet orifice rejoignant la surface supérieure tronconique qui forme un angle compris entre 30 et 45C avec ltho- rizontale. 8. Installation de gazéification du charbon comportant un dispositif de décrassage, caractérisée en ce qu'elle comprend une cuve de gazéification, un dispositif destiné à introduire du charbon dans cette cuve afin qu'il y soit gazéifié, un dispositif destiné à introduire de l'oxygène et de la vapeur d'eau dans la cuve pour y provoquer la gazéification du charbon, un creuset situé à la partie inférieure de la cuve et présentant un orifice permettant aux crasses d'être évacuées de la cuve, un brûleur placé audessous de l'orifice d'évacuation des crasses et destiné à diriger un courant de produits chauds de combustion vers le haut, au-dessus de l'orifice d'évacuation des crasses, afin de maintenir ces dernières à l'état fondu sur le creuset, une chambre de refroidissement disposée au-dessous de l'ori- fice d'évacuation et destinée à recevoir les crasses déchargées au moyen de cet orifice, et un dispositif destiné à réduire ou arrêter le courant de gaz chauds de combustion pour permettre l'évacuation des crasses par ledit orifice, ce dernier étant centré à l'intérieur du creuset et comprenant un conduit à peu près vertical qui traverse un élément amovible d'écoulement des crasses selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Installation selon la revendication 8 > caractérisée en ce qu'un liquide de refroidissement est mis en cirzulation, pendant que cette installation fonctionne, dans le tube de refroidissement, à un débit suffisant pour maintenir les surfaces de la masse moulée en contact direct avec les crasses et les gaz du brûleur, à une température comprise entre 50 et 40O0C. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le liquide de refroidissement est mis en circulation à un débit tel que la surface supérieure de coulée est maintenue à une température comprise entre 200 et 400"C, que la surface cylindrique de l'orifice est maintenue à une température comprise entre 100 et 4000 C, et que la surface inférieure de l'élément > adjacente au brûleur, est maintenue à une température comprise entre 50 et 4000 C.