Brevet FR2475649A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne la répartition en plusieurs flux secondaires d'un écoulement fluide principal pouvant ou non contenir une poudre en suspension ou, plus généralement, tout matériau granuleux ou pulvérulent. On sait mettre en suspension dans un courant liquide ou gazeux des produits pulvérulents, communément appelés "poudres". On sait aussi réaliser, par divers moyens connus, une suspension homogène, c'est-à-dire une suspension telle que chaque volume élémentaire de fluide contient la meme quantité de poudre en suspension. La plupart des applications industrielles des gaz contenant une poudre en suspension nécessitent l'emploi de suspensions homogènes. Nais dans les cas d'un écoulement gazeux fluidisé, son homogénéité se trouve détériorée par effet centrifuge lorsque le courant gazeux ne s'écoule pas en ligne droite, à cause de la grande différence de densité entre les particules solides et le gaz porteur. doit Or, Lcrsqutun courant principal dtamenée/se subdiviser en plusieurs courants secondaires, il est très difficile d'éviter une dégrada tion de lthomogénéité et de réaliser une bonne équirépartition de la poudre dans les différents courants secondaires. On constate généralement dans ces derniers de fortes différences de concentration en poudre. Le but de la présente invention est de réaliser, à partir d'un courant principal unique d'alimentation contenant une poudre en suspension, une répartition aussi homogène que possible entre les divers courants gazeux secondaires issus du courant principal, tout en réduisant le plus possible les pertes de charge de l'écoulement dans le dispositif répartiteur, ainsi que ltencombrement de ce dispositif. A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de répartition d'un fluide ou d'un courant fluidisé principal entre plusieurs conduites secondaires, comprenant deux parties successives, et caractérisé en ce que la première partie est constituée par une enceinte présentant une section d'entrée circulaire ou polygonale de diamètre moyen D égal au diamè- tre de la conduite amenant le courant principal, et une section de sortie rectangulaire dont la largeur L est supérieure à D tandis que sa hauteur H est inférieure à D, en ce que cette première partie est divisée intérieurement en deux étages par une pièce métallique en forme de lame de couteau d'épaisseur croissante vers l'aval de Itécoulement et occupant toute la largeur de l'enceinte, en ce que la deuxième partie est constituée de deux étages de n conduites secondaires se raccordant à la section de sortie de la première partie, de part et d'autre du couteau, et en ce que la section totale des 2n conduites secondaires est intérieure à la section circulaire d'entrée de diamètre D. Dans ce qui précède, si la section d'entrée est polygonale, on désigne par diamètre moyen D la moyenne entre la plus petite et la plus grande dimension de cette section. Suivant une caractéristique particulière de l'invention, la section d'entrée de la première partie et la section de sortie de la première partie sont dans des plans parallèles. Suivant une autre caractéristique particulière de la présente invention, ces deux sections d'entrée et de sortie de la première partie ont le même axe. Suivant une autre caractéristique particulière de ltinvention, les conduites secondaires ont une section circulaire. Toutes les conduites secondaires peuvent etre ou non de meme diamètre. Suivant une autre caractéristique particulière de ltinvention, les n conduites secondaires d'un même étage sont disposées en éventail dans le plan de l'étage. Bien entendu, les n conduites secondaires d'un meme étage peuvent aussi être parallèles entre elles. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, certaines des sections d'entrée dans les conduites secondaires peuvent être obturées en cas de besoin. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, les deux parties constituant le dispositif répartiteur sont démontables, Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, la première partie du dispositif répartiteur est fixée à demeure, tandis que la deuxième partie est aisément démontable. Suivant une autre caractéristique particulière de l'invention, on insère entre les deux parties du répartiteur, fixée entre les deux brides de raccordement et perpendiculairement à l'écoulement, une plaque de répartition comportant autant d'orifices qu'il y a de conduites secondaires à alimenter. Ces orifices sont munis de douilles de calibrage et d'usure, qui sont amovibles, et qui se fixent par vissage ou par tout autre moyen sur les orifices de la plaque. Comme on le comprend, le dispositif répartiteur selon l'inven- tion présente de nombreux avantages Tout d'abord, il est entièrement statique. Il ne comprend aucune pièce tournante, si bien que son entretien est pratiquement nul. En second lieu, l'écoulement ne subit pratiquement aucun effet centrifuge, générateur dthétérogénéité dans les concentrations de poudre. Ensuite, les pertes de charge de l'écoulement pendant sa traversée du répartiteur sont très réduites. En effet, le profil de la lame de couteau sépare le flux principal en deux flux intermédiaires avec une perte de charge minimale ; de plus la section de sortie de chaque étage de la première partie débouche directement, en ligne droite ou avec un angle faible, sur les n conduites secondaires, et sa forme rectangulaire adaptée enveloppe les n sections circulaires de départ des conduites secondaires avec très peu de zones mortes. D'autre part, comme la section totale des 2n conduites seco;idai- res est inférieure à la section circulaire de diamètre D de la conduite principale, 11 écoulement, en traversant le répartiteur, prend de la vitesse, ce qui rend presque impossible des dépôts de poudre à l'intérieur du répartiteur. Un autre avantage du répartiteur selon l'invention est son faible encombrement, ainsi que son développement en ligue droite et "en sifflet". Il est donc facile de le placer dans un ensemble d'équipement très resserré, même si l'on ne dispose que de peu de place, ou encore si l'on doit respecter un gabarit sévère pour un équipement en mouvement. Un autre avantage de ce répartiteur, qui résulte de sa constitution en deux parties, est que l'on peut fixer à demeure la première partie, tout en pouvant démonter et changer aisément la deuxième partie. Cette faculté est très utile si l'on doit changer fréquemment le nombre ou la section individuelle des conduites secondaires. Un autre avantage de ce répartiteur, dû à la plaque de réparti tion insérée entre les deux parties du répartiteur et munie de douilles de calibrage et dtusure, est que ces douilles amovibles permettent - un réglage facile des débits dans chacune des conduites secondaires, puisqu'il suffit, Si le débit de telle conduite est un peu faible par rapport à celui des autres, de remplacer sa douille par une autre douille de diamètre un peu supérieur (ou inversement). - un entretien facile contre Itusure par abrasion due aux matières pulvérulentes, puisque ces douilles sont situées dans les zones d'usure principale par abrasion, et qutil suffit de les changer lorsqu'elles sont usées pour retrouver un orifice calibré en parfait état. On peut dtailleurs aussi réaliser ces douilles en matière spéciale résistant bien à àl'abrasion. Enfin, un avantage spécifique de la disposition en éventail des conduites secondaires d'un même étage est de permettre une dispersion de ces conduites secondaires dans un même plan, tout en facilitant le#raccor- dement de la deuxième partie du répartiteur avec chacune des conduites secondaires proprement dite. En outre, les deux étages permettent de doubler le nombre de conduites secondaires susceptibles dtêtre alimentées par un même répartiteur, tout en conservant à celui-ci un encombrement réduit. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire ci-après, à à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation dtun dispositif répartiteur selon ltinvention, destiné à être alimenté en un courant principal dtoxygène pur tenant en suspension de la poudre de chaux, et à alimenter dix conduites secondaires, en deux étages de cinq conduites, aboutissant chacune à une tuyère de souff#lage dtun convertisseur d'aciérie. Dans la description qui suit, on a supposé, pour la facilité de l'exposé, que le répartiteur était posé à plat, et que chaque# étage de cinq conduites secondaires était horizontal. Il est toutefois bien évident qu'un tel répartiteur peut fonctionner convenablement dans n'importe quelle position. La figure 1 est une coupe verticale longitudinale de ce dispositif répartiteur selon l'invention. La figure 2 est une coupe horizontale longitudinale de ce répartiteur, selon AAt. La figure 3 est une demi-coupe horizontale transversale selon 3##, BB', à entrée de la première partie du répartiteur, avec vue de celles des conduites secondaires qui sont visibles par la section d'entrée selon BBt, et vue de la bride de raccordement des deux parties#du répartiteur, La figure 4 est une demi-coupe horizontale transversale selon CC', à l'entrée de la deuxième partie du répartiteur, montrant les cinq départs des conduites secondaires d'un étage. La première partie du répartiteur comprend successivement, dans le sens de ltécoulement : - Une bride cir-culaire 1 de raccordement avec la conduite d'amenée du cou rant principal, de diamètre intérieur égal à 250 millimètres. - Une paroi latérale 2 déterminant une enceinte 3 qui va en s'évasant dans un plan horizontal et en se rétrécissant dans un plan vertical, de puis la section d'entrée lt de 250 millimètres, circulaire, jusqu'# une section de sortie rectangulaire présentant une largeur de 350 millimètres et une hauteur de 200 millimètres. Cette largeur est supérieure au diamètre d'entrée de 250 mm, et cette hauteur lui est irf##rieure. - Une bride rectangulaire 4, permettant de réaliser la fixation de la deuxième partie du répartiteur. La première partie du répartiteur comprend aussi 1 - Un couteau 5 à épaisseur croissante dans le sens de l'écoulement, disposé sur toute la largeur de l'enceinte 3, dans le plan de symétrie horizontal de cele-ci. 2 - Une semelle de fixation 6, permettant de fixer le répartiteur sur la cuirasse du convertisseur d'aciérie. La deuxième partie du répartiteur comprend 1 - Une bride rectangulaire 7 de raccordement avec la bride 4 de la première partie et comportant dix orifices tels que 7' ; cette bride 7 compor- te intérieurement, sur toute sa largeur, et dans son plan horizontal de symétrie, une pièce métallique 8 de m#me épaisseur que l'épaisseur maxi ranale du couteau 5, et qui prolonge celui-ci pour séparer les deux étages de la deuxième partie. 2 - Deux étages de cinq tubes tels que 9, fixés dans les orifices 7' de la bride 7, et se terminant chacun par une bride telle que 10, de raccordemant avec les conduites secondaires alimentant chacune une tuyère de soufflage. Chacun de ces dix tubes a un diamètre intérieur de 62 millimètres. Dans ces conditions (a) La section circulaire d'entrée de la première partie a pour surface ?50 x 250 x 3,1416 = 49.000 mm2 = 490 cm2. 4 (h) La section circulaire d'entrée de la première partie a pour surface 62 x 62 x3#1416 = 3.020 mm2 = 30,2 cm2. 4 La totalité des dix sections des conduites secondaires a donc pour surface 302 cm2, qui est bien inférieure à la section d'entrée de 490 cm2, selon un critère essentiel de l'invention. Un tel répartiteur, fonctionnant sous une pression comprise en tre 5 et 10 bars, et branché sur dix tuyères de 28 millimètres de diamètre intérieur, peut débiter entre 250 et 900 Nm3/min (mètres cubes n- maux par minute) d'oxygène pur tenant en suspension de la poudre de chaux à raison de 2 à 5 Kg/Nm3. Pour un convertisseur d'aciérie nécessitant l'alimentation de 20 tuyères, il est tout-à-fait possible d'utiliser deux répartiteurs semblables au précédent. Si, au contraire, on veut réduire un peu le nombre de tuyères, il est possible d'obturer par exemple une sortie par étage, et de faire fonctionner le répartiteur avec quatre sorties par étage au lieu de cinq. Sur les quatre figures mentionnées ci-dessus, on nta représenté aucune plaque de répartiteur à orifices munis de douilles calibrées. toujours Mais il estipossible, en cas de besoin, d'adjoindre une telle plaque, qui se trouve alors serrée sur ses bords entre la bride 4 de la première partie du répartiteur et la bride 7 de la deuxième partie (voir les brides sur les figures 1 et 2). Dans l'exemple quVvient d'entre décrit, une telle plaque présente terait deux étages de cinq orifices chacun, ces orifices recevant des douilles ayant chacune un diamètre intérieur voisin de 62 millimètres, mais néanmoins un peu différent de cette valeur, d'un orifice a l'autre, afin de rétablir expérimentalement une égalité aussi bonne que possible entre les débits de gaz et de poudre des diverses conduites secondaires. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de ltinvention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détail, de ; mime qutenvisager remploi de moyens équivalents. C'est ainsi qu'en cas de besoin, on peut réaliser un répartiteur à trois étages, comportant par conséquent deux couteaux dans sa première partie. REVENDICATIONS 1.- Dispositif répartiteur d'un fluide ou d'un courant fluidisé principal entre plusieurs conduites secondaires, comprenant deux parties successives, et caractérisé en ce que la première partie est constituée par une enceinte présentant une section d'entrée circulaire ou polygonale de diamètre moyen D égal au diamètre de la conduite amenant le courant principal, et une section de sortie rectangulaire dont la largeur L est supérieure à D tandis que sa hauteur H est inférieure à D, en ce que cette première partie est divisée intérieurement en deux étages par une pièce métallique en forme de lame de couteau d'épaisseur croissante vers l'aval de l'écoulement et occupant toute la largeur de ltenceinte, en ce que la deuxième partie est constituée de deux étages de n con uites secondaires se raccordant à la section de sortie de la première partie, de part et d'autre du couteau, et en ce que la section totale des conduites secondaires est inférieure à la section circulaire d'entrée de diamètre D. 2.- Dispositif répartiteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la section d'entrée et la section de sortie de la première partie du répartiteur sont disposées dans des plans parallèles et qu'elles ont le même axe. 3.- Dispositif répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les conduites secondaires ont une section circulaire. 4.- Dispositif répartiteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les conduites secondaires d'un même étage sont disposées en éventail dans le plan de l'étage. 5.- Dispositif répartiteur selon ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première partie du répartiteur est fixée à demeure sur itéquipement principal, tandis que la deuxième partie du répartiteur est aisément démontable. 6.- Dispositif répartiteur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5 caractérisé en ce que l'on insère entre les deux parties du répartiteur, fixée entre les deux brides de raccordement de ces deux par ties et perpendiculairement à ltécoulement, une plaque de répartition munie dtautant d'orifices qu'il y a de conduites secondaires à alimenter, chaque orifice recevant une douille amovible de calibrage et d'usure.