Brevet FR2509017A1 — publié le 19830107

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de pulvérisation d'une matière combustible solide introduite à l'intérieur d'une enceinte au moyen d'un transporteur à vis. L'invention s'applique spécialement à l'introduction de combustibles solides divisés dans une chambre de réaction pour en opérer la combustion ou la gazéification, la chambre étant ou non sous pression. Pour introduire des combustibles solides divisés à l'intérieur d'une enceinte, en particulier lorsque que l'enceinte doit être maintenue sous pression, on a déjà proposé d'utiliser un transporteur à vis constitué d'une ou plusieurs vis entraînées en rotation à l'intérieur d'un fourreau muni à son extrémité amont d'un orifice d'entrée de la matière et à son extrémité aval d'au moins une filière débouchant par un orifice de sortie à l'intérieur de l'enceinte et dans laquelle se forme par extrusion un boudin de matière comprimée De la sorte, on peut introduire de façon continue le combustible solide à l'intérieur de l'enceinte tout en maintenant l'étanchéité de celle- ci grâce à la compression de la matière obtenue dans la filière. Il en résulte, en particulier lorsque l'enceinte est sous une pression importante, que le boudin introduit est très compact et il est nécessaire de le désagréger pour en effectuer la combustion ou la gazéification A cet effet on peut utiliser un jet de gaz injecté sous forte pression sur le bou- din sortant de la filière Cependant, lorsque le boudin est très compact, on n'est pas certain, avec une telle méthode, de réaliser une véritable pul- vérisation du combustible, le boudin pouvant se casser en morceaux d'une certaine importance. D'autre part par cette méthode, on peut être amené pour assurer la désagrégation du boudin à injecter dans l'enceinte un débit de gaz important risquant de diminuer le rendement énergétique de la combustion ou de la ga- zéification du combustible. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de re- médier à ces inconvénients en assurant, même pour un débit relativement fai- ble de gaz, une parfaite pulvérisation du combustible introduit. Conformément à l'invention, on injecte un jet de gaz dans l'axe de chaque filière à partir de l'intérieur du transporteur à vis, chaque jet gazeux ayant une impulsion suffisante pour former sensiblement un c 8 ne cen- centré sur l'axe du boudin de matière imn e Wargissant à l'intérieur de ce- lui-ci, chaque boudin étant constitué d'un tube creux dont la paroi interne s'effrite et prend la forme du jet en libérant des particules qui sont as- pirées dans le-jet et introduites avec lui dans l'enceinte. Selon une caractéristique particulière, on détermine l'origine du jet et son impulsion de telle sorte que le c 8 ne formé atteigne un diamètre de l'ordre de celui de l'orifice de sortie de la filière, dans le plan de celui-ci. L'invention va maintenant 9 tre décrite, en se référant à plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemple et représentés sur les des- sins annexés. La figure 1 représente, en coupe dans l'axe d'une vis, un transporteur à vis pour l'introduction de la matière combustible, muni du dispositif de pulvérisation selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'une fi- lière de formation d'un boudin comprimé. La figure 3 et la figure 4 représentent deux modes de réalisation par- ticuliers du jet gazeux de pulvérisation. La figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention dans le cas d'un transporteur à deux vis. La figure 6 représente, en coupe transversale, un transporteur à trois vis, la figure 7 étant une vue en coupe axiale selon VII-VII figure 6. La figure 8 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réalisation du dispositif de pulvérisation et la figure 9 est une vue en coupe transver- sale selon IX-IX, figure 8. Sur la figure 1, on a représenté à titre d'exemple une enceinte limi- tée par une paroi 1 à l'intérieur de laquelle est introduit un boudin de matière combustible au moyen d'un transporteur à vis constitué d'un fourreau 2 à l'intérieur duquel une vis 3 est entrainéepar un moteur, par l'intermé- diaire d'un réducteur 4. La rotation de la vis provoque un entraînement de la matière combusti- ble introduite par une trémie 5 alimentéeen combustible, celui-ci étant ame- né par exemple par voie pneumatique ou hydraulique. A son extrémité aval, le fourreau 2 est muni d'un convergent 7 qui dirige la matière entrainée par la vis 3 vers une filière 8 débouchant à l'intérieur de l'enceinte 1. Si l'on choisit correctement les caractéristiques de fonctionnement du transporteur à vis, celui-ci forme par extrusion à l'intérieur de la fi- lière 8 un boudin de matière comprimée 9 qui est introduit en continu dans l'enceinte 1. Selon l'invention, l'arbre de la vis 3 est percé d'un alésage axial 13 25090 1 7 dans lequel est ménagée une canalisation Il qui débouche à l'extrémité de la vis par une buse d'injection 12. Sur la figure 2 qui est une vue à échelle agrandie de l'extrémité de la vis et de la filière 8, on voit que la canalisation 11 peut letre consti- tuée d'un tube enfilé dans l'alésage axial 13 de l'arbre de la vis 3 et qui se termine par la buse 12 celle-ci étant placée dans le prolongement de la pointe conique 14 placée à l'extrémité de l'arbre 3 de la vis et pénétrant dans le convergent conique 7 Si la canalisation Il est entrainée en rotation avec l'arbre 3 de la-vis, il est nécessaire de l'alimenter par l'intermédiai- re d'un joint tournant 20 de type connu Mais la canalisation 11 peut égale- ment être bloquée en rotation, l'arbre 3 tournant autour d'elle. Par la buse 12, on injecte ainsi, à l'intérieur du boudin 9 de matière comprimée un jet gazeux 16 qui traverse le boudin dans l'axe de celui-ci avant de déboucher à l'intérieur de l'enceinte 1. On sait qu'un jet gazeux de forte impulsion prend toujours sensible- ment la forme d'un cône dont le sommet est placé au centre de la buse d'in- jection et dont le demi-angle au sommet A est de l'ordre de 110. Selon l'invention, il est avantageux de régler l'impulsion du jet de tel- le sorte qu'à la sortie de la buse 13, celui-ci ait une vitesse comprise en- tre 50 m/s et la vitesse du son Ainsi, on est sûr que le jet se présente sous forme d'un cône qui s'élargit en partant du centre de la buse 12 Le boudin 9 est alors constitué d'un tube creux traversé en son axe par le jet 16 et par conséquent dont la paroi interne prend la forme du jet En effet, si l'impulsion est suffisante, le jet conserve ses caractéristiques géomé; triques à l'intérieur du boudin, la paroi interne de celui-ci étant désagré- gée au coursde son avancement et prenant la forme du jet. Pour obtenir cet effet, il est nécessaire de placer la buse 12 à l'a- mont de la filière 23 et de donner à celle-ci une longueur L 1 assez inhabi- tuelle Mais cet allongement de la filière, par l'effet de frottement qui en résulte augmente la compression de la matière et favorise donc la forma- tion du boudin 9 de matière comprimée. Le processus d'éffritement du boudin est particulièrement efficace à la sortie de la filière si la position de la buse 12 est choisie de telle de sorte que,dans le plan/l'orifice de sortie 17 de la filière, le jet 16 se soit élargi jusqu'à atteindre un diamètre de l'ordre de celui de l'orifice de sortie 17 En effet, le boudin 9 qui avance de façon continue vers l'in- térieur de l'enceinte a dans l'orifice de sortie 17 une épaisseur peu impor- tante et s'éffrite donc facilement D'autre part, on sait qu'un jet de for- te impulsion aspire les gaz qui l'entourent et il se produit donc sur la périphérie du jet des courants gazeux dirigés suivant les flèches 18 et a- yant une vitesse relativement importante, de l'ordre de 3 m/s Ces courants contribuent à l'éffritement de la paroi du boudin et les particules qui se détachent ainsi sont aspirés avec les courants gazeux 18 à l'intérieur du j'et 16 pour être projetées par celui-ci dans l'enceinte 1. L'efficacité de cette désagrégation par erosion dépend évidemment de la compacité du boudin et de l'épaisseur de la paroi de celui-ci à la sor- tie de la filière. Lorsque le boudin se désagrège facilement, il est possible de lui laisser prendre une épaisseur relativement importante Ce sera le cas par exemple si le combustible est un charbon sec ou bien si l'enceinte n'est pas à une pression très élevée nécessitant, pour maintenir l'étanchéité, la for- mation d'un boudin très compact. Dans ce cas, on pourra utiliser le dispositif de la figure 3 dans le- quel la filière s'élargit à proximité de l'orifice de sortie 17 en prenant la forme d'un tronc de cane d'angle au sommet égale à celui du jet 7 Un tel dispositif permet de diminuer l'usure des bords de l'orifice 17 de sortie de la filière 8. En revanche, si le boudin est très compact, on essayera de diminuer autant que possible l'épaisseur de la paroi du boudin à la sortie 17 de la filière et l'on prendra le dispositif de la figure 4 pour lequel la buse d'injection 12 est placée à une distance L de l'orifice de sortie 17 de la filière telle que le cône 16 ait dans le plan de l'orifice de sortie 17 un diamètre sensiblement égal à celui de l'orifice. Dans ce cas, la distance L de la buse à la face de sortie de la filière est de l'ordre de 5 R, R étant le rayon de l'orifice de sortie. Si la compacité du boudin varie, on peut utiliser un dispositif per- mettant de régler la position de la buse d'injection 12 à l'intérieur de la filière 16, de façon à modifier l'épaisseur de la paroi du boudin Ce sera le cas en particulier si l'on change la nature du combustible, les charbons gras risquant par exemple, de former des boudins très compacts alors les charbons secs se désagrègent plus facilement A cet effet, la canalisation 11 peut 'etre montée coulissante le long de l'alésage 13 de l'arbre de la vis et être munie d'un dispositif, par exemple à vis, permettant de régler la position de la buse de sortie 12. On notera par ailleurs que si l'on fait pénétrer la buse 12 à l'en- trée de la filière 8, la buse joue le r 8 le d'un mandrin facilitant la for- mation dans la filière d'un boudin de forme tubulaire. La description précédente a été faite en se référant à une seule vis, 25090 1 7 mais il est bien évident que le même dispositif peut être appliqué à un Lranporteur à plusieurs vis si l'on place, comme on I' représenté sur la avec, figure 5, une filière 8, 8 ' en face de chaque vis 3, 3 '/ au centre de cha- que filière, une buse 12, 12 ' alimentée par une canalisation percée dans l'axe de la vis correspondante. L'invention s'adapte également au cas o le transporteur à vis com- prend plus de deux vis, par exemple trois, comme on l'a représenté sur les figures 6, 7 et 8. Sur la figure 6 qui est une coupe par un plan transversal à l'axe des vis, on voit que celles-ci sont disposés de façon à pénétrer l'une dans l'autre et réparties autour d'un montant 21 placé dans l'axe du fourreau 2 et dont la section transversale a la forme d'un triangle curviligne ins- crit dans les filets des trois vis Il est possible, comme on l'a représenté sur les figures 7 et 8, de placer une canalisation d'injection 11 à l'inté- rieur du montant central 21. Dans le cas de la figure 7, les trois vis poussent la matière entrai- née vers un convergent unique 71 qui débouche dans une filière 81 placée dans l'axe du fourreau 2 Par conséquent, une canalisation Il placée dans le montant 21 débouche par une buse 12 au centre de la filière 81 La pul- vérisation du combustible s'effectue alors comme on l'a décrit précédemment, le jet 16 produit par la buse 12 s'élargissant à l'intérieur du boudin uni- que 9. Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, la buse 12 était alimenté par une canalisation axiale 11 Cette disposition est avan- tageuse car elle permet de dégager la filière 8 mais on pourrait également adapter la disposition représenté sur les figures 8 et 9. Dans ce cas, en effet, la buse 12 est constituée par un court tronçon de tube formant gicleur, formé vers l'amont et ouvert vers l'aval, et main- tenu au centre de la filière 8 à l'amont de celle-ci, par au moins une ailette 24 à l'intérieur de laquelle est percée un canal 25 débouchant à une extrémité dans la buse 12 et à l'autre extrémité à l'extérieur de la fi- lière 8 par un orifice 26 relié à une canalisation 27 d'alimentation en fluide. Les ailettes 24 sont profilées de façon à ne pas entraver la progres- sion de la matière et à ne pas gêner la formation du boudin En outre, en inclinant les ailettes 24, il est possible de placer la buse 12 au moins partiellement à la pointe du convergent 7 de façon à mieux dégager l'orifice d'entrée de la filière 23. L'invention mise en oeuvre dans les différents modes de réalisation qui ont été décrits, permet de mettre en suspension la matière combusbible avec un débit massique de gaz relativement faible, de l'ordre de 2 à 20 % en poids du débit solide, le rapport de la pression du fluide dans la cana- lisation d'injection 11 à la pression régnant à l'intérieur de l'enceinte étant compris par exemple entre 2, pour un débit gazeux de 10 % de solide et 3 pour un débit de 3 %. D'autre part, pour obtenir un jet conservant ces caractéristiques géométriques à l'intérieur du boudin, on peut calculer que l'impulsion doit être au moins égale à 30 Newton par tonne /heure de charbon. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails des modes de réalisations qui ont été décrits à titre d'exemple Ceux-ci pourraient être modifiés en employant des moyens équivalents. D'autre part, dans tous les cas, on s'est basé sur une buse d'injec- tion portant un seul orifice d'injection mais le même résultat pourrait ê- tre obtenu avec plusieurs orifices répartis autour de l'axe de la buse et donnant un jet global conique centré sur l'axe Le nombre et le diamètre des orifices seront calculés en fonction de la pression dans la canalisation d'injection pour obtenir l'impulsion voulue. Par ailleurs, si le jet injecté doit nécessairement 'être constitué d'un fluide compressible, celui-ci pourrait cependant contenir une certaine quantité de liquide en suspension. 250901 7 REVENDICATIONS 1. Procédé de pulvérisation d'une matière combustible solide intro- duite à l'intérieur d'une enceinte ( 1) au moyen d'un transporteur à vis ( 2) constitué d'au moins une vis ( 3) entrainée en rotation à l'intérieur d'un fourreau ( 2) muni à une extrémité amont d'un orifice ( 5) d'entrée de la ma- tière sous forme divisée et à uneextrémité aval d'au moins une filière ( 8) débouchant par un orifice de sortie ( 17) à l'intérieur de l'enceinte ( 1) et dans laquelle est formé par extrusion un boudin ( 9) de matière comprimée, celle-ci étant désagrégée par au moins un jet de gaz injecté sous forte pres- sion, caractérisé *par le fait que l'on injecte le gaz à partir de l'inté- rieur du transporteur à vis ( 2) et dans l'axe de chaque filière ( 8), chaque jet gazeux ayant une impulsion suffisante pour former sensiblement un c 8 ne ( 16) centré sur l'axe du boudin ( 9) en s'élargissant à l'intérieur de celui- ci, chaque boudin ( 9) étant constitué d'un tube creux dont la paroi interne s'effrite et prend la forme du jet en libérant des particules qui sont aspirées dans le jet et introduites avec lui dans l'enceinte. 2. Procédé de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on détermine l'origine du jet et son impulsion de telle sor- te que le cône ( 16) formé atteigne un diamètre de l'ordre de celui de l'ori- fice de sortie ( 17) de la filière ( 8), dans le plan de celui-ci. 3 Procédé de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'impulsion du jet gazeux est au moins égale à 30 Newton par tonne/heure de combustible injecté. 4. Procédé de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le débit massique de gaz injecté est dans une proportion com- prise entre 2 % et 20 % du débit de combustible introduit par la filière. 5. Procédé de pulvérisation selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que l'impulsion du jet est réglée de telle sorte qu'au point d'injection ( 12) le gaz ait une vitesse comprise entre m/s et la vitesse du son. 6 Dipositif de pulvérisation d'une matière combustible solide à l'intérieur d'une enceinte ( 1) comprenant d'une part un transporteur à vis ( 2) constitué d'au moins une vis ( 3) entrainée en rotation à l'intérieur d'un fourreau ( 2) muni à une extrémité amont d'un orifice ( 5) d'alimentation en matière combustible et à une extrémité aval d'au moins une filière ( 8) de sorte débouchant à l'intérieur de l'enceinte ( 1) par un orifice ( 17)/d'un boudin ( 9) de matière comprimée et d'autre part des moyens d'injection d'au moins un jet de gaz sous forte pression sur ledit boudin ( 9) pour-la désagréga- tion de la matière comprimée, caractérisé par le fait que les moyens d'in- jection du jet de gaz sont constituées, pour chaque filière ( 8), par une buse ( 12) placée à l'amont de chaque filière ( 8) au centre de celle-ci pour la formation d'un jet gazeux ( 16) traversant sensiblement toute la longueur du boudin ( 9) de matière comprimée en s'élargissant en forme de c 8 ne à l'in- térieur de celui-ci. 7. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que chaque buse ( 12) est placée à une distance (L) telle en amont de l'orifice de sortie ( 17) de la filière que, compte tenu de l'im- pulsion du jet, celui-ci s'élargisse à l'intérieur du boudin jusqu'à at- teindre un diamètre de l'ordre de celui de l'orifice de sortie ( 17) de la filière ( 8) dans le plan de celui-ci. 8. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la buse d'injection ( 12) associée à chaque filière ( 8) est constituée par un petit tronçon de tube fermé vers l'amont et ouvert vers l'aval et maintenu dans l'axe dela partie amont de la filière par au moins une ailette profilée ( 24) à l'intérieur de laquelle est ménagé un canal ( 25) débouchant à une extrémité dans la buse d'injection ( 12) et à l'autre ex trémité à l'extérieur de la filière ( 8) par un orifice ( 26) relié à une ca- nalisation ( 27) d'alimentation en gaz. 9 Dispositif de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisé par le fait que, le transporteur à vis ( 2) comportant une filière ( 7) dans l'axe de chaque vis ( 3), chaque buse d'injection ( 12) est placée àl'extré- mité d'une canalisation d'alimentation ( 11) ménagée le long de l'axe de la vis ( 3) correspondante. 10 Dispositif de pulvérisation selon la revendication 9, caractéri- sé par le fait que, chaque filière ( 8) étant placée au fond d'un convergent ( 7) dars lequel pénètre une pointe conique ( 14) placée à l'extrémité de la vis ( 3) correspondante, la buse d'injection ( 12) est placée dans le pro- longement de la pointe conique et pénètre à l'intérieur de la filière pour constituer un mandrin coopérant avec la filière pour la formation d'un bou- din creux. 11. Dispositif de pulvérisation selon la revendication 6, caracté- risé par le fait que, le transporteur à vis ( 2) comprenant un nombreimpair de vis supérieur à 1, engrenant l'une dans l'autre et réparties autour d'un montant central ( 21) remplissant l'espace compris entre les vis ( 3) au cen- tre du fourreau( 2) enveloppant extérieurement les vis, la canalisation d'injection ( 11) du Jet gazeux est ménagée dans l'axe du fourreau ( 2), à l'intérieur du montant central ( 21). 12. Dispositif de pulvérisation selon l'une des revendications pré- 250901 7 cédentes, caractérisé par le fait que chaque buse d'injection ( 12) comprend une pluralité d'orifices dont les axes sont répartis autour de l'axe de la buse et sont dirigés de façon à former un jet unique qui s'élargisse en forme conique.