Brevet FR2523690A1 — publié le 19830923

La présente invention concerne un distributeur destiné à distribuer un fluide vers une pluralité de destinations. Un charbon finement pulvérisé, par exemple, est extrait d'une trémie par un tuyau d'alimentation principal, puis est 3 convoyé vers sa destination, par exemple vers une pluralité de brûleurs de charbon pulvérisé, prévus dans un four de combus- tion Afin de distribuer le charbon finement pulvérisé conjoin- tement avec un gaz porteur tel qu'un fluide à deux phases so- lide et gaz, vers une pluralité de brûleurs, une pluralité de tuyaux d'embranchement s'étendant vers les brûleurs correspon- dants sont respectivement munis d'un chargeur ou alimentateur quantitatif, tel qu'un chargeur à vis hélicoïdale, un chargeur rotatif à ailettes, un chargeur à plateau, etc, qui mesure et alimente ces tuyaux d'embranchement en charbon finement pulvé- risé. Cependant, les chargeurs conventionnels nécessitent un chargeur quantitatif par tuyau d'embranchement Ceci rend la commande des chargeurs complexe, et accroit également le coût initial. On connaît un distributeur agencé pour pallier de tels inconvénients, qui comprend un collecteur creux à travers le- quel un fluide situé dans un tuyau principal est en communica- tion avec une pluralité de tuyaux d'embranchement Le distribu- teur de ce type ne procure cependant pas une distribution uni- forme du fluide. Le distributeur représenté sur la figure 1 est de type conventionnel, et comprend un collecteur creux 12 relié à une pluralité de tuyaux d'embranchement 13 Le charbon pulvérisé extrait d'une trémie (non représentée) est convoyé à travers un tuyau principal Il vers le collecteur creux 12, dans lequel le charbon pulvérisé porté par un gaz porteur est distribué à chacun des tuyaux d'embranchement 13 qui mènent aux brûleurs respectifs d'un four à chauffage par combustion (non représenté). La forme de réalisation ci-dessus, cependant, présente un incon- vénient en ce qu'il est difficile de contrôler avec précision le débit d'écoulement du charbon pulvérisé dans chacun des tuyaux d'embranchement, ce qui a pour conséquence d'imporitan- tes fluctuations du débit d'écoulement du charbon pulvérisé dans chacun des tuyaux d'embranchement Il est donc impossible, avec ce distributeur, d'obtenir une distribution uniforme Ce- ci est dû au fait que le fluide situé dans le tuyau principal n'est pas en écoulement stationnaire, et que le centre du flui- de amené à travers le tuyau principal est dévié lorsqu'il est détourné ou entre dans le collecteur 12. La présente invention a été élaborée à la lumi$re de ce qui précède,et un but essentiel de celle-ci est de proposer un distributeur qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus. Ainsi, l'invention concerne un distributeur de fluide qui assure une distribution uniforme d'un fluide contenant des solides portés par un gaz porteur en écoulement stationnaire uniforme. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée suivante, faite en référence aux dessins annexés illustrant quelques formes de réalisation préférées de 2 ô la présente invention, et sur lesquels la Fig 1 est une vue latérale représentant de façon schématique un distributeur de l'art antérieur faisant appel à un collecteur creux la Fig 2 est une vue en plan dtun distributeur de fluide selon la présente invention la Fig 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; les Fig 4 à 7 sont des vues en coupe d'autres formes de réalisation de la présente invention; la Fig 8 est une vue schématique illustrant le fonc- tionnement d'un distributeur de fluide selon la présente inven- tion, et la Fig 9 est un graphique montrant les fluctuations du débit de l'écoulement du fluide distribué autour d'une va- leur souhaitée (valeur-cible). La figure 2 est une vue en plan du distributeur 1 é de la présente invention (dénor:mé ci-apr"s "l Drésent dis Dositif"), et la figure 3 est une vue en Coupe transversale laterale se- lon la ligne III-III de la figure 2. Conrme le montre la figure 3, le présent dispositif 10 comprend ui tuyau cylindrique d'admission 1, une partie diver- gente 2, une partie d'embranchement 4 et un couvercle 5 Le tuyau d'admission 1 est relié à un tuyau principal pour l'ali- mentation en fluide Le tuyau d'admission 1 peut constituer une partie de l'extrémité du tuyau principal Le tuyau d'admis- sion 1 est relié concentriquement à la partie d'embranchement cylindrique 4 via la partie divergente 2, qui est de forme tron- conique La surface de l'extrémité supérieure de ladite partie d'embranchement 4 est recouverte du couvercle en forme de dis- que 5 Une pluralité de tuyaux d'embranchement 3, par exemple six tuyaux d'embranchement, menant chacun vers un brûleur res- pectif, s'étendent à travers le couvercle 5 et présentent une extrémité ouverte à l'intérieur de la partie d'embranchement 4. Les tuyaux d'embranchement 3 peuvent faire partie du début des tuyaux d'alimentation en combustible menant aux brfleurs Les centres des tuyaux d'embranchement respectifs sont situés en des positions régulièrement espacées le long d'un cercle con- centrique à ladite partie d'embranchement 4 Chaque tuyau d'em- branchement 3 s'étend à l'intérieur de la partie d'embranche- ment 4, chacun d'une même distance Les extrémités ouvertes des six tuyaux d'embranchement 3 sont disposées dans le même plan, c'est-à-dire que-la distance L 2 entre les extrémités des tuyaux d'embranchement 3 et l'extrémité du tuyau d'admission 1 est la même pour tous les tuyaux d'embranchement. Tous les tuyaux d'embranchement 3 sont disposés paral- lèlement au tuyau d'admission et, comme le montre la figure 2, sont disposés à l'extérieur du diamètre du tuyau d'admission 1, sur la vue en plan Le diamètre D 1 est donc supérieur à D 2. Selon la construction mentionnée ci-dessus, le fluide amené à travers le tuyau principal s'écoule à l'intérieur d(le la partie i' emnbranche:nen: 4 via le uyau -i' admission 1, et tra- verse directement ladite partie d' embranchement 4 lien qu'une partie du fluide est directement amence,lans les tuyaux d'em- branchement 3, la majeure partie du fluide heurte le couvercle 5, fait demi-tour, et est amenéea vers sa destination, telle que les brûleurs d'un four à combustion, via les tuyaux d'embran- chement 3 Commnre ces tuyaux d'embranchenent 3 sont situés en des positions ré uli*Srement espacées le long d'un cercle con- centrique à la partie d'embranchement 4, le fluide arrivant via le tuyau d'admission 1 traverse une région entourée par les tuyaux d'embranchement 3, et continue tout droit le long de l'axe longitudinal de la partie d'embranchement 4 sans être dé- vié La direction du fluide est alors inversée par le couvercle pour engendrer un écoulement de fluide stationnaire à travers la partie d'embranchement 4 Puis le fluide s'écoule dans les tuyaux d'embranchement respectifs 3. Il est souhaitable que la longueur L 3 du tuyau d'admis- sion 1 soit assez importante pour engendrer un écoulement sta- tionnaire à l'intérieur du tuyau d'admission 1 Il est donc souhaitable que la longueur L 3 soit supérieure au diamètre D 2 du tuyau d'admission 1 (L 37 D 2), et de préférence supérieure au double du diamètre D 2 (L 3 72 D 2), d'un point de vue pratique. En outre, il est également souhaitable que la longueur (L 1 + L 2), c'est-à-dire la longueur totale de la partie d'em- branchement 4 et de la partie divergente 2, soit assez impor- tante pour empêcher le fluide de heurter excessivement le cou- vercle 5 Lorsque le fluide heurte le couvercle 5 avec une for- ce excessive, l'apparition d'un écoulement excessivement tur- bulent est inévitable Il est donc souhaitable que la longueur (L 1 + L 2) soit supérieure au diamntre)l de la partie d'embran- chement 4 (I 1 l + L 2 > D 1). Il est également souhaitable de disposer les tuyaux d'embranchement 3 de façon à ce que ceux-ci s'étendent à l'in- térieur de la partie d'embranchement 4 à travers le couvercle 5, sur une distance 1 l assez importante pour éviter l'introduc- tion de fluctuations du fluide à l'intérieur des tuyaux d'em- branchement 3, sous la forme d'un écoulement turbulent, qui se forme parfois dans une région adjacente au couvercle 5, lors du choc contre le couvercle 5 Il est également avantageux que la longueur L 1 soit assez importante pour engendrer un écoule- ment stationnaire du fluide qui a fait demi-tour sur le cou- vercle 5 A cet égard, il est souhaitable que la longueur L 1 soit supérieure à la moitié du diamètre D, de la partie d'em- branchement 4 (L 1 >D 1) Et de façon générale, il est souhaita- ble que la longueur L 1 soit supérieure au diamètre D 1 (L 1 D 1). En outre, comme le fluide amené à partir du tuyau d'ad- mission 1 est facilement et avantageusement transformé en un écoulement stationnaire en inversant sa direction au couvercle , puis en introduisant le fluide à l'intérieur des tuyaux d'embranchement 3, il est souhaitable de disposer les tuyaux d'embranchement 3 à l'extérieur du diamètre du tuyau d'admis- sion 1 dans sa direction radiale (voir figure 2), afin d'empê- cher le fluide de s'écouler directement dans les tuyaux d'em- branchement 3 Selon la construction ci-dessus, la proportion du fluide qui s'écoule directement dans les tuyaux d'embranche- ment 3 est relativement faible par rapport à la quantité totale du fluide amené via le tuyau d'admission 1. La figure 4 représente une autre forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle la longueur L' de l'un des tuyaux d'embranchement 3 est plus courte que la longueur L 1 d'un autre tuyau d'embranchement 3, c'est-à-dire que les tuyaux d'embranchement 3 sont agencés, par tout moyen conven- tionnel, pour que la longueur L 1 de chaque tuyau d'embranche- ment 3 soit variable ou réglable, indépendamment les uns des autres Dans un tel cas, représenté sur la figure 4, la moyen- ne des longueurs L', L', est supérieure à la moitié du dia- mètre D 1 de la partie d'embranchement 4 (moyenne de L 7 R D 1). Il faut noter ici que le débit d'écoulement du charbon pulvérisé amené via un tuyau d'embranchement 3 peut être modi- fié en changeant la longueur L, du tuyau d'embranchement 3. Plus la longueur L 1 est courte, plus Faible est le débit d'é- coulement du charbon pulvérisé dans le tuyau d'embranchement 3. En d'autres termes, plus la longueur L 1 est importante, plus le débit d'écoulement du charbon pulvérisé dans le tuyau d'em- branchement 3 est important. La figure 5 représente encore une autre forme de réa- lisation de la présente invention Une partie concave 5 a est prévue au centre d'une surface intérieure du couvercle 5 La partie concave 5 a est ménagée de façon à supprimer la formation d'un écoulement turbulent lorsque le fluide amené à partir du tuyau d'admission 1 heurte le couvercle 5 Ainsi il est possi- ble d'éliminer les fluctuations du débit d'écoulement parmi les tuyaux d'embranchement 3, et d'obtenir également une dis- tribution du fluide contrôlée avec précision En outre, il est également possible de raccourcir la longueur L 1 de façon à ce que la longueur L 1 soit supérieure à la moitié du diamètre Di de la partie d'embranchement 4 De plus, il est souhaitable que la longueur L 1 soit supérieure au diamètre D 1 dans le cas il- lustré par les figures 2 et 3, o aucune partie concave n'est prévue. La figure 6 représente encore une autre form' de réa- lisation de la présente invention, dans laquelle une couronne ou galet 6 est fixé au tuyau d'admission 1 à son extrémité si- tuée du côté du tuyau principal Le galet 6 comprend une par- tie périphérique extérieure, une partie intérieure et deux bras destinés à les relier ensemble Une tige de régulation de l'écoulement 7 est prévue le long de l'axe longitudinal du tuyau d'admission 1, et s'étend à travers la partie intérieure du galet 6 La tige de régulation de l'écoulement 7 est dispo- sée de façon à pouvoir être partiellement insérée dans la par- tie divergente 2 ou dans la partie d'embranchement 4, sur des distances prédéterminées Parfois, l'énergie cinétique du flui- de est si faible que le fluide s'écoulant du tuyau d'admission 1 ne s'écoule pas en ligne droite, mais dans différentes direc- tions Dans un tel cas, la tige de régulation de i'counu J ement 7 peut être dénlacée vers une position situé-e & l'intérieur de la oartie d'embranchement 4, telle que représentée' en traits mixtes sur la figure 6, afin de guider le fluide le loni de la tige 7 pour ainsi éviter les écarts de direction du fluide. A la place de la tige 7 peut être prévu un tuyau A tra- vers lequel du charbon pulvérisé porte par un gaz porteur est amené dans la partie divergente 2 ou dans la partie d'embranch e- ment 4 Le fait de prévoir un tuyau à la place de la tige 7 est également efficace pour réguler l'écoulement du fluide. La figure 7 représente encore une autre forme de réali- sation de la présente invention, dans laquelle un tuyau S est inséré de façon coulissante dans le tuyau d'admission 1 Le tuyau 8 est fixé à l'aide de boulons de serrage 9 qui sont in- sérés dans des orifices traversants la formés sur la longueur du tuyau d'admission 1 Selon cette variante, le fluide amené à partir du tuyau principal est introduit dans la partie d'em- branchement 7 via la sortie du tuyau 8 ci-dessus Ainsi, dans le cas o l'énergie cinétique du fluide est extrêmement fai- ble, le tuyau 8 est déplacé vers l'avant dans la partie d'em- branchement 4, pour raccourcir la longueur L 2 entre l'extrémité de sortie du tuyau d'admission 1 et les extrémités d'entrée des tuyaux d'embranchement 3, c'est-à-dire la longueur entre l'ex- trémité de sortie du tuyau 8 et les extrémités d'entrée des tuyaux d'embranchement 3 Le tuyau 8 peut être fixé en toute position au moyen ldes boulons de serrage 9 Ainsi la majeure partie du fluide s'écoule tout droit jusqu'à ce qu'il heurte le couvercle 5, puis s'écoule uniformément dans les tuyaux d'embranchement 3, ce qui rend possible la distribution unifor- me du fluide dans chacun des tuyaux d'embranchement 3 en écou- lement stationnaire, même lorsque l'énergie cinétique du fluide est extrêmement faible La figure 8 illustre de façon schématique un système à brûleurs de charbon pulvérisé, dans lequel le distributeur de l'invention est utilisé Du charbon est tout d'abord amené C- à partir d'une source de charbon 21 vers un broyeur 22 o il est concassé Le charbon pulvérisé ainsi concassé est alors porté par un gaz porteur vers un distributeur de fluide 10 construit selon la nrésente invention, dans lequel le fluide comportant du charbon pulvérisé est uniformément distribué à chacun des tuyaux d'embranchement 25 Le charbon pulvérisé ain- si uniformément distribué est brflle (soumis à combustion) par les brûleurs 24 prévus dans un four de combustion 23. La figure 9 est un graphique montrant la distribution 1 ' du fluide vers une pluralité de tuyaux d'embranchement, pour le distributeur de fluide de la présente invention, représenté sur les figures 2 et 3, et pour un distributeur conventionnel tel que représenté sur la figure 1 Des écarts importants (+ 50,) du débit d'écoulement par rapport à une valeur predé- terminée sont apparus lors de l'utilisation du distributeur conventionnel Cependant, avec le distributeur de la présente invention, les écarts du débit d'écoulement étaient inférieurs à + 2 % Ceci démontre qu'une distribution précise du fluide peut être effectuée grâce à la présente invention, avec une pré- cision extrêmement satisfaisante. Les données représentées sur la figure 9 ont été obte- nues en alimentant en charbon pulvérisé un distributeur, à un débit d'écoulement de 200 kcg/heure, conjointement avec un gaz porteur (de l'air) à un débit de 300 Nm 2/heure. Bien que la présente invention ait été décrite en ré- férence à du charbon pulvérisé sur un gaz porteur, on notera que le distributeur de la présente invention peut être appliqué à d'autres fluides comprenant divers types de gaz, de liquides ou autres De plus le distributeur de la présente invention peut être utilisé en cascade, et un distributeur supplémentaire peut être utiliseé pour encore augmenter le nombre de destina- tions Dans le cas du charbon pulvérisé, le distributeur de la présente invention peut être appliqué non seulement à la distribution de charbon pulvérisé vers les br leurs respectifs d'un four à combustion, mais également à la distribution et l'alimentation en charbon pulvérisé des tuyères respectives d'un haut-fourneau. Ainsi, on comprendra que des variantes et modifications peuvent être utilisées sans sortir du cadre dle l'invention tel- le que revendiquée. V i D I c A T I N N S 1 Distributeur destiné à distribuer un fluide à par- tir d'un tuyau principal vers une pluralité de tuyaux d'embran- chement ( 3), caractérisé par le fait qu'il comprend un tuyau d'admission cylindrique ( 1) pour l'introduction d'un fluide amené via ledit tuyau principal, une partie d'embranchement ( 4) dont une extrémité communique de façon concentrique avec le tuyau d'admission ( 1), un couvercle ( 5) situé \ l'autre extré- mité de la partie d'embranchement ( 4), et une pluralité de lc tuyauxd'embranchement ( 3) s'étendant à travers le couvercle ( 5), destines à acheminer un fluide distribué, le diamètre (D 1) de la partie d'embranchement ( 4) étant supérieur à celui (D 2) du tuyau d'admission ( 1), les différents tuyaux d'embranchement ( 3) étant disposés en des positions régulièrement espacées sur un cercle concentrique à la partie d'embranchement ( 4), et cha- cun des tuyaux d'embranchement ( 4) s'étendant à l'intérieur de la partie d'embranchement ( 4). 2 Distributeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun des tuyaux d'embranchement ( 3) s'étend à l'intérieur de ladite partie d'embranchement ( 4) sur une éga- le distance (L 1). 3 Distributeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacun des tuyaux d'embranchement ( 3) est pré- vu de façon à ce que la longueur(L 1) du tuyau d'embranchement s'étendant à l'intérieur de la partie d'embranchement ( 4) soit réglable. 4 Distributeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la longueur (L 3) du tuyau d'admis- sion ( 1) est supérieure à deux fois son diamètre (D 2). 5 Distributeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la distance (L 1 + L 2) entre l'ex- trémité intérieure du tuyau d'admission ( 1) et la surface inté- rieure dudit couvercle ( 5) est supérieure au diamètre (D Il) de la partie d'embranchement ( 4). 1 l ô Distributeur selon l'une des revendicali-ns 1 à 3 caractérisé par le fait que les tuyaux d'embranchement ( 3) s'é- tendent à l'intérieur de ladite partie d'embranchement ( 4) sur une distance (L 1) supérieure à la moitié du cliamintre (Di) de la partie d'embranchement ( 4). 7 Distributeur seion la revendication 3, caractérisé par le fait que les tuyaux d'embranchement ( 3) s'étencient à l'intérieur de la partie d'embranchement ( 4) sur des dlistances différentes (L 1, L 1, L). 8 Distributeur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la longueur moyenne des tuyaux d'embranchement ( 3) s'étendant à l'intérieur de la partie d'embranchement ( 4) est supérieure à la moitié du diamètre (Dl) de la partie d'em- branchement ( 4). 9 Distributeur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la luralité de tuyaux d'embranche- ment ( 3) est disoosée de façon que ces tuyaux soient nosition- nés à l'extérieur du tuyau d'admission ( 1) vu en plan Distributeur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le couvercle ( 5) est muni d'une partie concave ( 5 a) tournée vers la partie d'embranchement ( 4). 11 Distributeur selon l'une des revendications 1 à , caractérisé par le fait qu'une tige de régulation de l'é- coulement ( 7) est disposée le long de l'axe longitudinal du tuyau d'admission ( 1), ladite tige pouvant s'étendre dans une partie divergente ( 2) reliant la partie d'embranchement ( 4) et le tuyau d'admission ( 1), ainsi que dans la partie d'embranche- ment ( 4). 12 Distributeur selon la revendication 11, caractéri- sé par le fait qu'à la place de ladite tiqe ( 7) est prévu un tuyau ( 8), à travers lequel est amené un fluide vers la partie divergente ( 2) ou la partie d'embranchement ( 4). 13 Distributeur selon l'une des revendications 1 A 12, caractérisé par le fait qu'un tuyau auxiliaire ( 83) est in- séré dans le tuyau d'admission cylindrique ( 1), ce tuyau auxi- liaire pouvant s,,',tendre dans la partiedenbacnnt() de iacon à rénler la distance entre les extremite's d'entrée des tuvau dlernbranchement ( 3) et I'extr; 5 niit, de sortit du tuyau d'admission.