Brevet FR2509854A1 — publié le 19830121

1.- 2509854 L'invention concerne un procédé de mesure pour déterminer le débit massique de matières combustibles sous forme de poudre et de granulés, qui sont amendes à un réacteur ou bien à un brûleur lors de la gazéification ainsi que de la combustion. On conna t des procédés et des dispositifs pour la détermination du courant massique de produits sous for- me de poudre et de granulés, qui ne conviennent pas pour les poudres de charbon, c'est-à-dire qu'ils ne Glîivrent pas de valeurs de mesure quantitatives exactes mais seulement des signaux de mesure qualitatifs, ou bien qu'Is ne sont adaptés qu'au transport pneumatique dans le cas de très faibledensi- tés en matériaux solides ( kf 2 lors de modifications de la qualité de la poiussree I Ves pro- cédés de mesure optiques d'après le brevet DD 142 606, malgré la multiplication des mesures simultanées, ne conviennent pas dans le cas d'écoulement dense à deux phases du fait de l'absen- ce de transparence et de pouvoir réfléchissant des poussières de charbon Des procédés de mesure d'après les brevets DB- 2 554 565, DB 2 902 911 et DB 2 757 032 ne tiennent pas compte de l'état réel du mélange poussière-gaz s'écoulant dans la sec- tion de mesure, si bien que ces procédés de mesure ne peuvent délivrer que des valeurs de mesure approximatives, et ne sont plus utilisables pour des charges élevées en matériaux solides ( f 2 50 kg/m 3). Le but de l'invention est de créer un pro- cédé de mesure en continu du débit massique, qui, indépendamment de la technologie selon laquelle la poussière est amenée au tube de transport, et pour toutes les concentrations de pous- sières ainsi que pour toutes les pressions du système, pouvant être réalisées techniquement délivre des valeurs de mesure quantitativement exactes. L'objet de l'invention est de créer un procédé de mesure qui élude la mesure complexe de la vitesse 2.- dans les écoulements à deux phases, et qui ne comporte aucun détecteur de mesure gênant l'écoulement à l'intérieur du canal de transport, tandis que pour assurer la stabilité et la conti- nuité du transport, il n'est prévu aucun rétrécissement ou élar- gissement du tube de transport, et le procédé de mesure peut être mis en oeuvre sans étalonnage de la section de mesure et indépendamment du type de poussière. A cet effet il est prévu conformément à l'invention, qu'à la sortie d'une soute à combustible ou bien d'un récipient de dosage, une sonde de mesure de la densité S fi est disposée pour déterminer la densité initiale b fi d'un écoulement de poussière, qui peut 3 tre différent suivant les nécessités technologiques et les caractéristiques de flui- disation du produit Après cette sonde de mesure de la densité, on ajoute au courant de matériaux solides, par l'intermédiaire d'un appareil mélangeur spécial, un gaz destiné à réduire sans heurt la densité 5 f 2 de l'écoulement de poussière Cette den- sité réduite 5 f 2 et le gaz injecté VG(N) (rapporté à l'état normal) sont également mesurés avec une sonde de mesure de la densité Sf 2 ou bien avec un diaphragme de mesure VG(N) L'appa- reil de mesure fonctionnant sans heurt, présente la même section transversale libre d'écoulement que le tube de transport et comporte un tube filtrant poreux perméable au gaz et imperméable à la poussière. Sur-la base de ces grandeurs de mesure $ VG(N)' fl' Sf 2 et en tenant compte du débit de gaz m G, dans le courant de poussière au début de la section de mesure et du débit de gaz m G 2 dans le courant de poussière à la fin de la section de mesure, le débit massique peut être déterminé au moyen de la simple évaluation de bilan suivante s E + m Gl + VG(N) * G(N) = 'K + IG 2 ( 1) Avec la densité connue du grain de poussière et la densité connue normale du gaz 3 G(N) ainsi que grâce à la mesure des températures T 1 2 et des pressions P 1, P 2 du courant de poussière en amont et en aval de l'appareil mélangeur, on obtient, après calcul des densités des volumes de gaz dans l'état de fonctionnement, le débit massique m K selon l'égalité ( 2) ci-dessous: 3.- * 3 K E(f 1 f G 1) ( -f 2GI 2) r IP,1 / f 1 f 2 G ll/a ( 2) ( G) * Sfi 3 f 2) t 2 G J( Pl TN Gi = G(N) N ( 2 1) 022 N ( 2 2) G 2 G(N) ** 2 À T 2 PN %( 2) =VG(N) T ( 2 3) TN P 2 pour de hautes pressions du système et de hautes concentrations en matériaux solides dans la zone d'écoulement dense, une simple mesure de température et de pression suffit, c'est-à-dire que dans la mesure oi le matériau solide et le gaz ont des tempéra- tures différentes, la capacité calorifique du matériau solide prédomine, que les effets de la détente peuvent Otre négligés, et qu'on peut ainsi poser s Pl = P 2 ' T 2 S Gl Ga PlP 2 éT 1 = T 2 ' G 1 =G 2 il en résulte pour le débit massique m K les expressions sim- plifiées t $ '*( Sf 1 -5 $ 2) ( sf 2SG 2) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _,, ( 3) x =v G( 2) K G 2) ( f f) o -f - 8 P 2, T G 2 = $G(N) p 2 ( 3 1) N T 2 ( 3 2) VG( 2) = VG(N) * p 2 T ( 2 Les égalités ci-dessus sont exploitées en continu au moyen d'un microprocesseur pendant le régime de fonc- tionnement après introduction des grandeurs de mesure (T, p, VG(N)' f 1 f 2) et des valeurs fixes ( SK' G(N))' Pour obtenir une précision de mesure élevée du débit massique K, le débit de gaz injecté VG(N) qui dépend du niveau de la pression p du système et du débit massique, doit être choisi de façon telle que Jusqu'à des valeurs de Sf 2 égales à f 2 0,6, $S) ( S étant la densité en vrac), une 4.- variation brusque de densité de Sf 1 f 2 100 kg/m 3. L'invention va être expliquée plus en détail en se référant à deux exemples de réalisation représentés sur les dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est un schéma par blocs simplifié de la mesure du débit massique à partir d'un récipient de dosage pour une pression de système élevée, la figure 2 est un schéma par blocs simplifié de la mesure du débit massique à partir d'une soute. Dans le cas de la réalisation du procédé selon la figure 1, de la poussière de charbon avec une densité de grains de SÈ= 1400 kg/m 3 3st transportée pneumatiquement sous une pression de service Pl = 3,0 M Pa à partir d'un récipient de dosage 1, au moyen d'azote à la pression normale SG(N) = 1,25 kg/m 3 par l'in- termédiaire de la canalisation tubulaire 3 Dans le but de déter- miner le débit massique m K du gaz d'injection 4 avec un débit de VG(N) = 250 m 3 i N /h est amené au courant de poussière dans l'ap- pareil mélangeur 5 se trouvant sur la canalisation tubulaire 3, et les densités de fluidisation sont mesurées radiomètriquement en amont et en aval de l'appareil mélangeur 5 pour des grandeurs de Sfi = 380 kgm 3 et f 2 = 280 kg/m 3 Les températures T 1, T 2 en amont et en aval de l'appareil mélangeur sont approximati- vement les mêmes et atteignent 353 K A partir des égalités pré- citées ( 2), ( 2 1), ( 2 2), ( 2 3) un débit massique de 10 t/h est alors indiqué à la sortie du calculateur de processus 2 Les lon- gueurs des tronçons de tubes poreux de l'appareil mélangeur ont, pour un diamètre de passage des tubes de 40 mm et une vitesse d Vécoulement de 5 cm/s une longueur d'environ 500 mm. Dans le cas de la réalisation du procédé selon la figure 2, de, la poussière de charbon présentant une densité de grains 3 = 1400 kg/m 3 et une densité de fluidisation ini- tiale de Sfl = 470 kg/m 3 est transportée pneumatiquement sous une pression de Pl = 0,15 N Pa à partir d'une soute à combustible 1 dans une canalisation tubulaire 3 au moyen d'air sous une den- sité normale de S G(N) = 1,293 kg/m 3 Directement après la sor- tie de la soute, le gaz d'injection 4 avec un débit VG(N) = 29 m 3 i N /h est ajouté au courant de poussière par l'intermé- diaire de l'appareil mélangeur 5, si bien que la densité de fluidisation f 2 se réduit à 280 kg/m 3 et que la pression à l'emplacement de mesure en aval de l'appareil mélangeur, 5.- atteint P 2 = de l'appareil T 1 i-T 2:; 313 0,10 M Pa Les températures en amont et en aval mélangeur sont identiques et atteignent U En exploitant les égalités précitées ( 2)p ( 2 1), ( 2 2), ( 2 3) au moyen du calculateur de processus 2. on obtient un débit massique de m K = 10 t/h La longleur des tronçons de tubes poreux de l'appareil mélangeur 5 est, avec un diamètre de passage libre de tube de 40 mm et une vitesse d'écoulement de 5 cm/s, d'environ 750 mm. 6.- R E V E N D IC A T I O N S 1. Procédé de mesure pour déterminer le débit massique dans le transport de matières combustibles sous forme de poudre et de granules, d'une concentration quelconque en ma- tière solide ainsi que sous des pressions quelconques, pour des réacteurs de gazéification ou bien pour des installations de combustion, procédé caractérise en ce que pour déterminer le débit massique fk important pour la commande du processus, les matières combustibles sont amenées dans les tubes de trans- port ( 3), pour abaisser la densité de fluidisation 3 f et f 2 ' sans heurt par l'intermédiaire d'un appareil mélangeur ( 5) équipé avec un tube filtrant poreux, perméable au gaz, non perméable à la poussière, constitué de métal fritté ou de gravier lié par une résine synthétique, le diamètre interne de ce tube filtrant ( 3) n'étant ni élargi ni rétréci mais égal à celui du tube de transport ( 3), tandis que la longueur de ce tube fil- trant est déterminée de façon telle que le gaz d'injection ( 4) parvienne dans le courant de poussière sous forme diffusée c'est- à-dire avec une vitesse $ 10 cm/s, la densité de fluidisation 3 fl la pression Pl du système, la température T 1 étant mesu- rées directement en aval de la soute à combustible ( 7) ou bien du récipient de dosage ( 1), mais en amont de l'appareil mélan- geur ( 5), tandis que la densité de fluidisation S f 2 ' la pression du système P 2, la température T 2 sont mesurées en aval de l'ap- pareil mélangeur ( 5), les valeurs ainsi mesurées étant intro- duites en commun dans un calculateur de processus ( 6) en même temps que les valeurs fixes de la densité du grain de matière solide S K' de la densité normale du gaz G(N) et en m 9 me temps que la valeur de mesure du courant de gaz d'injection VG(N) ( 4), ce calculateur déterminant le débit massique mk d'après les formules de calcul ( 2), ( 2 1), ( 2 2), ( 2 3), sui- vantes: 1 (Sf -1 mr=VG( 2) ( _ À. ,Gi'GO fi f 2 '0 SK SG 1 = G(N) ( 2 1 PN T 1 7.- G 2 = G(N)* P TN ( 2 2) SG 2 = g(N) À ' 2 2 ( 2 3) %G( 2) VG(N) T*v 2 ( 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que lors du transport à partir d'un récipient de dosage ( 1) fluidisé ( 2) par plusieurs tubes de transport ( 3) parallèles, la densité $ fi n'est mesurée que dans un seul tube de transport ( 3) et cette valeur de mesure est mise en oeuvre pour la détermination du débit massique en tant que 5 f pour tous les autres,tubes de transport. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, notamment dans le cas de transport à courant dense ( %f 2, 160 kg/m 3) et/ou dans le cas de pression de ser- vice élevée (P 2 b 0,6 M Pa), la différence de température de T 1 à T 2 et l'effet de détente de Pl à P 2 sont négligeables et on utilise les formules de calcul ( 3), ( 3 1), ( 3 2) suivantes s * SK À ( l SG 2) (À f 2 G 2) 2 = G(N)TP 2 TN ( 3 1) G 2 @(N) N 2 PN T 2 PN T 23) VG( 2) = VG(N) ( 3 2) P 2 TN les valeurs de mesure T 2, P 2, %( 2) % 2 des emplacements de mesure en aval de l'appareil mélangeur, étant introduites dans le calculateur de processus ( 6).