Brevet FR2509702A1 — publié le 19830121

L'invention concerne un procédé pour la régulation du débit et de la densité de matières solides pulvérulentes ou à granulation fine, qui sont amenées, par un transport pneuma- tique, à des concentrations en solide et à des pressions déter- minées, à des réacteurs de gazéification ou à des brûleurs d'installations de chauffage et de chaudières à vapeur. Les solutions techniques connues pour la régula- tion du courant de masse débité dans le transport pneumatique de matières solides pulvérulentes et à granulation fine comporte toutes, essentiellement, les étapes de procédé suivantes: Extraction ou expulsion sous pression de la matière solide hors de la soute ou du récipient de dosage, avec ou sans fluidisation, par une régulation de pression ou avec des or- ganes d'étranglement. Dilution de la matière solide dosée, jusqu'à des concentration en solide très faibles (inférieures à 10 kg/m) dans le but de rendre possible un contrôle technique de mesure du courant de masse. Les procédés de mesure, défaillants pour des courants à deux phases de concentration en solide déterminée, ainsi que l'absence de connaissance sur l'influence technologi- quement indubitable de la densité et du débit du courant à doser, conduisent à des solutions compliquées pour la régulation et la fixation de prescriptions d'écoulement dans le domaine des courants dilués, ainsi que cela ressort des brevets DE 25 54 565 et DE 29 029 11. La régulation seule du courant de matière par l'intermédiaire de la quantité de gaz de fluidisation dans le récipient de dosage, telle qu'elle est effectuée selon le brevet DD 147 188, aboutit, notamment dans le domaine de productions importantes, à une influence réciproque trop grande de la den- sité et du courant de masse. La régulation par étranglement du courant de ma- tière utilisée selon le brevet DD 147 933, avant l'entrée du courant de matière dans le tuyau de transport, présente une marge de réglage relativement étroite qui peut aboutit, par des effets de bélier ou de freinage de la matière solide, à des instabilités du courant de matière, dans le cas de concentrations élevées en matière solide et de faibles débits. La présente invention a pour but de permettre une 2 2509702 plus grande sécurité de la commande et de la surveillance du déroulement du transport pneumatique, ainsi qu'un dosage précis dans le cas de concentrations élevées en matière solide. Sur la base de procédés de mesure connus, déjà mis au point, pour le contr 8 le de données relatives au courant de matière (méthode par injection et mesures de temps d'écoulement sur la base de modifications de densité imposées), l'invention propose un procédé de régulation du courant de matière pour le transport pneumatique, dans le cas de concentrations en matière solide et de pressions variées. Il est nécessaire de trouver les relations essen- tielles existant entre le gaz et la matière solide et leur effet sur les conditions de déversement et de transport du mélange, en vue d'en déduire des grandeurs de réglage et un procédé de régu- lation simples et s rs. Conformément à l'invention, une relation définie entre le volume de matière pulvérulente sortant d'un récipient de dosage et le volume de gaz introduit est dérivée et établie en tenant compte de l'obtention, dans le tuyau de transport, d'une densité d'écoulement f nécessaire conforme à la techni- que. On a constaté que, en partant de la densité d'écoulement 9 de la matière solide dans le récipient de do- sage, sur un fond fluidisé, il était nécessaire d'amener une quantité de gaz VG(N) conforme à l'équation ( 1) ci-après pour obtenir la densité d'écoulement (fluidité) 5 f 1 pour un courant de matière déterminé m g * N T VG VG(N) P TN ( 1; 1) TN * T YG =YG(N) P T Dans ces équations T et p désignent respectivement la température et la pression régnant dans le récipient de dosage, VG est le courant de gaz de fluidisation mesuré rapporté à l'état de fonctionnement, VG(N) est le même courant rapporté à l'état normal, S' K sont les valeurs spécifiques de la matière solide, respectivement de densité d'éboulement et de gros- seur de grain, f G est la densité du gaz à l'état de fonctionnement. A l'état de fonctionnement stabilisé, il se forme ainsi, dans la partie inférieure du récipient de dosage, une couche partielle tourbillonnaire, parce que le gaz de fluidisa- tion aspiré quitte le récipient avec le courant de matière solide. Pour compenser un éboulement de retour vers l'arrière par l'intermédiaire de cette couche tourbillonnaire, et pour maintenir l'état stable de transport, il est nécessaire d'introduire un gaz dit "de compensation" VKG dans la régulation proprement dite du courant de masse Cette valeur peut être déterminée simplement, d'après l'équation ( 2) ci-après VKG Y ( 2) d'o T p N VKG(N) VKG P T( 2 1) PN équation dans laquelle N sont les grandeurs à l'état normal VKG est la quantité de gaz de compensation rapportée à l'état de fonctionnement. Ainsi, la régulation du courant de masse peut être réduite à la régulation des variables uniques VKG, lorsque la quantité de gaz de fluidisation V est calculée d'après l"équa- G tion ( 1)) avec les grandeurs de consigne Mg conà ' fi cons et les valeurs fixes y G(N)' >K' YSS au moyen d'un microprocesseur, et est donnée au régulateur de gaz de fluidisation comme valeur de guidage fixe. Dans le cas de variations oscillantes du courant de masse, la densité d'écoulement 9 fi varie également, mais elle se trouve obligatoirement stabilisée avec la régulation ultérieure du courant de masse au moyen du gaz de compensation. Le gaz de compensation doit être introduit dans le récipient de dosage sur la masse déversée, ou bien, dans le cas de constance d'état de remplissage du récipient, il doit être ajouté au moyen d'une roue à aubes dans l'écluse d'o s'écoule la matière solide par éboulement par la roue à aubes. 4 2509702 Au moyen d'une régulation de densité fl' la compacité peut également être maintenue constante malgré des variations et oscillations du courant de masse Cette régulation n'offre cependant aucun avantage supplémentaire, mais apporte simplement une dépense accrue, et même une influence contraire sur la régulation. La possibilité de régulation proposée est utili- sable dans le cas de grands débits unitaires, là o sont assurés un diamètre minimal de tuyau de transport et une vitesse de transport minimale en dépendant, pour un dosage constamment stable (diamètre de tuyau >A 10 mm, Vs} 3 m/s dans le cas d'un courant dense de poussière de lignite) et pour un régime de départ et maximum avec des tuyaux de transport de mêmes caract 6- ristiques de transport et un débit nécessairement constant. Dans le cas d'unités à faible puissance, dans lesquelles, avec les faibles sections de tuyaux de transport ou avec un choix de plus grandes sections de tuyaux, et ainsi des vitesses de transport minimales inférieures, on atteint des conditions de transport critiques, et dans le cas de plusieurs tuyaux de transport à débits différents, il est nécessaire que la régulation de courant ainsi que l'accroissement de vitesse aient lieu dans le tuyau de transport, auquel cas cependant est maintenu en permanence un courant de densité suffisante. Dans cette seconde variante de régulation, on maintient une pression différentielle constante entre le réci- pient de dosage et le réacteur, au moyen du gaz de compensation VKG Cette pression différentielle Pd Cl doit être supérieure à celle qui est nécessaire pour le courant de masse maximum. L'étranglement du courant m Ki de chaque tuyau de transport est réalisé alors au moyen d'une quantité de gaz de commande VSG qui est introduite à l'aide d'un appareil mélangeur dans le tuyau de transport, en dépendance d'une grandeur de réglage, qui est obtenue à partir de la comparaison entre valeur de consi- gne et valeur réelle du courant de masse -. Cette addition au gaz de commande VSG peut être utilisée en même temps pour la détermination du courant de masse, d'après le procédé par injection connu Dans ce cas, il est nécessaire qu'une charge de base déterminée VSG subsiste même lors du transport maximum, afin de permettre la mesure du cou- rant de masse et de ne pas dépasser vers le bas une vitesse minimale critique Vs Dans cette régulation, il est judicieux de régler la fluidité Yfl' jusqu'à la section de mesure de courant, à une valeur relativement élevée, afin que soit obtenu, en vue d'une grande précision de mesure, un changement de densité im- portant dans le tuyau mélangeur de gaz de commande tfl f 2 et que subsiste malgré cela un courant dense Pour cette raison, il est avantageux de ne pas régler la quantité de gaz de fluidi- sation VG d'après la densité mesurée En effet, dans le cas d'une densité élevée, la quantité de gaz de fluidisation peut facilement tendre vers zéro et provoquer une valeur critique de la fluidité 9 fl En conséquence, il est préférable de prévoir la grandeur de réglage conformément à l'équation ( 1), de telle sorte qu'une fluidisation reste toujours assurée. La description ci-après se rapporte à deux exem- ples de réalisation avec référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est un schéma simplifié, par blocs, de la régulation de courant de masse au moyen de gaz de compen- sation. la figure 2 est un schéma, par blocs, de la régulation au moyen de gaz de commande. Premier exemple Dans l'application du procédé de régulation con- forme à la figure 1, il est prévu de transporter, par la conduite 8, vers le réacteur 5, 30 000 kg/h de poussière de lignite ayant une densité d'éboulement S = 500 kg/m 2 et une densité de gra- 1 3 nulation SK = 1400 kg/m, à partir du récipient de dosage 1, dont l'état de remplissage LICH est maintenu constant au moyen d'une roue à aubes 11, avec une régulation comprise entre 30 et 100 % La densité d'écoulement dans le courant de transport doit être = 300 kg/m 3 Comme gaz de fluidisation 2 et gaz de compensation 3, on utilise de l'azote avec une densité normalisée e G(N) = 1,25 kg/m 3 Les grandeurs d'état de pression et tempé- rature dans le récipient de dosage sont respectivement p = 3,0 MP et T = 2930 K Les emplacements de mesure se trouvent directe- ment à la sortie du récipient de dosage 1. Au moyen des équations ( 1), ( 1 1), ( 1 2), la cal- culatrice du processeur 4 détermine la quantité de gaz de flui- disation, conformément à la marge de réglage, avec VG(N)= 383 à 1277 m 3 N/h et la délivre, comme grandeur de réglage, à la sou- pape de réglage 12, par l'intermédiaire du contacteur sélecteur de variante 13, soit pour une régulation fixe au moyen de la calculatrice de processeur, soit pour une régulation de densité QIC avec régulateur 7. Conformément aux équations ( 2) et ( 2 1), on obtient alors pour la soupape de réglage de gaz de compensation 9 une possibilité nécessaire de traversée de VKG (N = 487 à 1624 m 3 N/h qui est amené, par la conduite 10, à l'écluse qui est en commu- nication avec le récipient de dosage La régulation du gaz de compensation 3 a lieu au moyen du régulateur 6 et de la soupape de réglage 14 en utilisant la grandeur de réglage et de mesure Second exemple Dans le mode d'application du procédé qui est représenté en figure 2, il s'agit de transporter 800 kg/h de poussière de lignite, avec un tuyau de transport 8 de section égale à 14 mm, à partir du récipient de dosage 1, vers l'ins- tallation de chauffage 5, au moyen d'air (fluidité PG(N)= 1293 kg/m) à une surpression de 0,2 M Pa et une température de 2930 K. La densité d'éboulement de la poussière de lignite est de o 3 3 S = 500 kg/mn, la densité de grain 9 K = 1400 kg/m La den- sité d'écoulement après l'appareil mélangeur doit être, compte tenu de la faible section du tuyau de transport, de YK= 260 kg/m 3 Etant donné que, avec le processeur calculateur 6, le courant de masse m K est également fourni, on peut régler, par l'intermédiaire du régulateur de densité 7, dans le récipient de dosage 1, au moyen du gaz de fluidisation 2 et de la soupape de réglage 12, une densité à l'écoulement Yfl = 400 kg/m 3 en amont de l'appareil mélangeur 4 Les vitesses de transport VS s'élèvent, avant le tuyau mélangeur 4 à 3,6 m/s, et, après lui, à 5,6 m/s. En modifiant la quantité de gaz de commande V VSG vers l'appareil mélangeur 4, il est possible d'accroître ou de diminuer le courant de masse m K La quantité de gaz de compen- sation 3, VKG qui est nécessaire pour le maintien d'une pression différentielle constant Pd Cl entre l'appareil de dosage 1 et l'installation de chauffage 5, est amenée au moyen du récipient de dosage 1, ou de l'écluse, par l'intermédiaire de la conduite tubulaire 10. 7 2509702 L'état de remplissage dans le récipient de dosage 1 est maintenu constant au moyen d'une régulation de niveau de remplissage LICH et d'une roue à aubes 11 Le niveau de pres- sion différentielle Pd Cl s'établit à partir du courant de masse maximum et de la longueur du tuyau de transport. 8 2509702 R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Procédé pour la régulation de courants de masses de matière dans le cas de transport pneumatique et dosage de combustibles solides sous forme pulvérulente et à granula- tion fine, avec concentration en solide et pression d'installa- tion variées, de préférence cependant avec concentrations en solide élevées, vers des réacteurs de gazéification ou des brû- leurs d'installations de chauffage ou de chaudières à vapeur, et avec mesure des courants de masse dans le ou les tuyaux de 1 O transport par des procédés de mesure connus en soi, procédé caractérisé en ce que la régulation du courant pulvérulent seule est assurée avec une régulation dite à gaz de compensation VKG, lorsque la densité à l'écoulement ( 9 fl>) techniquement néces- saire du gaz de fluidisation (VG) nécessaire dans le tuyau de transport est calculée d'après l'équation G m K Y SI( fl) (l) ce gaz étant ajouté, directement dans le récipient de dosage, à la matière solide de densité de l'éboulement (ô S), au-dessus d'un fond de fluidisation de telle sorte que la régulation du courant de masse soit réduite à une simple régulation du volume éboulé à compenser VKG mg/s présent dans le récipient de do- sage ou dans l'écluse d'approvisionnement qui lui est reliée, auquel cas, la valeur de consigne de la quantité de gaz de flui- disation est fournie, en dépendance de la valeur de consigne du courant de masse au moyen d'un processeur calculateur con- formément à l'équation ( 1), et est amenée au régulateur de quan- tité de gaz, comme grandeur de guidage, le gaz de compensation VKG n'étant pas introduit et ajouté dans la matière en éboule- ment au voisinage direct du fond de fluidisation. ) Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que, au moyen d'une régulation par gaz-de compensa- tion, en dépendance d'une pression différentielle maximale Pd IC nécessaire entre récipient et dosage et réacteur de gazéifica- tion ou brûleur d'installation de chauffage, on maintient cons- tante cette différence de pression pour assurer le débit maxi- mal nécessaire de la masse de matière, un débit plus faible ffi', en réalité nécessaire, d'un tuyau de transport ou de l'un de plusieurs tuyaux de transport étant réglé, par introduction 9 2509702 de gaz de commande V'S Gi dans un emplacement de mélange des tuyaux, en dépendance indirectement proportionnelle de la valeur de consigne de courant de masse indiquée dans le régulateur de gaz de commande de chaqur tuyau de transport, auquel cas la quantité de gaz de fluidisation VG dans le récipient de dosage est réglée, au moyen d'une sonde de mesure de densité ( fi) d'un tuyau de transport, et d'un régulateur de gaz de fluidisa- tion, sur une valeur telle que, avec des conditions d'écoule- ment encore techniquement satisfaisantes, une densité d'écoule- ment minimale existe dans le tuyau de transport, la quantité de gaz de fluidisation VG conforme à l'équation ( 1) étant calculée par un microprocesseur en dépendance de la valeur de consigne de courant de masse n L m Ki et étant amenée, comme grandeur de réglage, à la soupape de réglage de gaz de fluidisation comme valeur fixe, de telle sorte que la quantité critique de gaz de fluidisation nécessaire ne soit pas dépassée vers le bas. 3 ) Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que la densité à l'écoulement (? fi) nécessaire, suivant la technique, dans le tuyau de transport, est réglée en permanence au moyen d'une sonde de mesure de densité radiométri- que et d'un régulateur de gaz de fluidisation et les variations oscillantes de densité sont compensées par des modifications de courant de masse. ) Procédé suivant la revendication 1, caractéri- sé en ce que, à partir d'un récipient de dosage avec une couche tourbillonnaire propre, sont dérivés plusieurs tuyaux de trans- port, et, pour déterminer la quantité de gaz de fluidisation nécessaire VG, on établit la somme des courants de masse des n tuyaux n m Ki et cette somme intervient dans la régulation de gaz de compen- sation n VKG =Ki et cette quantité de gaz est amenée dans le récipient de dosage.