Brevet FR2513741A1 — publié le 19830401

La presente invention se rapporte à une chaudière de récupération de chaleur alimentée par un gaz chargé de cendres fondues dans une installation de gazéification de combustibles solides notamment de charbon. Elle est plus particulièrement destinée à une installation de gazeification de charron conforme au procédé dans lequel le charbon subit une oxydation audessus du point de fusion de la cendre. On connatt des procédés de gazéification du charbon dans lesquels le charbon, broyé finement, est envoyé dans un reacteur de gazeification avec de l'oxygène pur. Dans ce réacteur l'oxygène et le charbon réagissent à haute température de lanière qutil ne se forme ni goudron, ni produit liquide et que les cendres soient fondues. Le mélange de gaz et de cendres sort à haute température et sous pression du reacteur de gazéification et entre dans la chambre à rayonnement d'une chaudière de récupération de chaleur. Le mélange gaz-cendres chauffe par rayonnement un faisceau de tubes qui produit de la vapeur. Les cendres sont refroidies par un bain d'eau localisé au bas de ltenceinte de la chaudière et les gaz refroidis sont ensuite éva cues. La présente invention a pour but d'obtenir un gain en hauteur de la chaudière equipant une installation de gazéification du type précité. Elle permet d'éliminer, par gravité, le maximum de cendres fondues avant la chambre de rayonnement et de réduire ainsi le taux de cendres volantes à la sortie de la chaudière. Un système auxiliaire de ramonage n'est pas nécessaire. La chaudière selon l'invention comporte un faisceau de tubes qui forme un couloir central canalisant le gaz chargé de cendres qui est détourné au bas de ce faisceau et au-dessus d'un bain de liquide pour être dirigé vers un orifice de sortie et elle est essentiellement caractérisée par le fait que ledit faisceau est associe à un faisceau de tubes pour délimiter, autour dudit couloir, une chambre de rayonnement annulaire qui est ouverte vers le bas et fermée vers le haut et qui communique avec l'orifice de sortie situé dans le quart supérieur de la hauteur de la chambre de rayonnement. Selon une caractéristique de l'invention, la paroi interne du faisceau séparant le couloir central de la chambre annulaire de rayonnement est tapissée par un revêtement réfractaire. Selon une autre caractéristique, l'un au moins des faisceaux est raccorde à un circuit de copeslsation de dilatation alimenté en eau. L'invention va maintenant etre décrite avec plus de détails en se reférant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés. La figure 1 représente une coupe verticale de la chaudière selon lez invention. La figure 2 est une vue de détail, en coupe selon Il-Il, de la figure 1. La chaudière représentée par les dessins annexés est montée sous un réacteur de gazéification, connu en soi, qui n'est pas représenté. Dans ce réacteur de gazéification on introduit le charbon finement broyé et de l'oxygène qui reagissent à haute température en donnant un gaz et des cendres fondues. Ce mélange gaz de réaction-cendres fondues descend dans le réacteur jusqu'à la sortie située à la partie inférieure. La chaudière est constituée par une cuve métallique 1 ayant une forme générale de révolution autour d'un axe vertical. Cette cuve est pour vue à la partie supérieure d'une tubulure d'entrée 11 qui est centrée sur l'axe verticai de révolutionl3 et qui est raccordée au réacteur de gazéification. Cette cuve est par ailleurs pourvue d'une tubulure de sortie 12 d'évacuation des gaz. Cette cuve est garnie intérieurement par un revetement réfractaire 2 qui ménage l'orifice central d'entrée des gaz 31 et l'o- rifice latéral de sortie des gaz 32. La cuve forme à sa partie inférieure une partie convergente qui contient un bain d'eau 6. A l'extrémité inférieure de la cuve se trouve un orifice d'évacuation des scories qui est noyé par le bain d'eau et qui communique avec un sas, non représenté. Ce sas, monté au-dessous de cet orifice d'évacuation, permet l'évacuation des scories après refroidissement dans le bain d'eau. A l'intérieur, la' chaudière comporte un faisceau central 4 de tu- de tubes d'eau bes dteau et un faisceau périphérique y. Ces deux faisceaux de tubes sont chauffés par le rayonnement du gaz de réaction. Chaque faisceau est constitué de tubes rectilignes rangés selon les génératricesd'un cylindre. Le faisceau central 4 à rayonnement est logé à l'intérieur du faisceau périphérique 5 qui tapisse la paroi interne du garnissage réfractaire 2. Le faisceau central 4 forme un couloir central 33 de forme cylindrique dans lequel passe le courant de gaz et de cendres fondues. Le faisceau 4 et le faisceau 5 délimitent autour du couloir 33 une chambre annulaire de rayonnement 34 qui est tapissée par les tubes desdits faisceaux.Cette chambre annulaire de rayonnement qui fait tout le tour du faisceau 4 et du couloir 33 est limitée à l'intérieur par le faisceau central à rayonnement 4 et à l'ex- térieur par le faisceau périphérique à rayonnement 5. Cette chambre annulaire de rayonnement34 est ouverte vers le bas et fermée vers le haut et communique avec l'orifice de sortie 32. Elle canalise un courant de gaz qui remonte jusqu'à un passage ménagé dans le faisceau 5 au niveau de l'o- rifice de sortie 32. Elle communique avec le couloir 33 par l'espace annulaire inférieur 35 et elle est fermée vers le haut pour tre isolée de ce couloir 33. L'orifice 32 est situé dans le quart supérieur de la hauteur de la chambre de rayonnement. Les extrémités inférieures des tubes des faisceaux 4 et 5 débout chent dans des tuyauteries annulaires distributrices 41 et 51 respectivement entre lesquelles passe le courant de gaz qui remonte dans la -chambre à rayonnement. Les extrémités supérieures des tubes des faisceaux 4 et 5 débouchent respectivement dans des tuyauteries annulaires collectrices 42 et 52 respectivement. Les tubes du faisceau central 4 sont jointifs. Les espaces entre les tubes sont fermés de manière à isoler le couloir central 33 de la chambre de rayonnement 34. De mXe les tubes du faisceau périphérique sont jointifs. Les espaces entre lestubes sont fermés sauf au niveau de l'orifice de sortie 32 situe près du haut de la chambre 34. Au niveau de l'orifice 32 certains tubes du faisceau 5 sont conformés de manière à permettre le passage du gaz, les espaces entre les tubes étant vides.La fermeture de la chambre annulaire au niveau supérieur est obtenue par une cloison qui ferme l'espace annulaire compris entre les- tuyauteries annulaires supérieures des faisceaux 4 et 5. Cette cloison est montée soit entre les deux tuyauteries annulaires collectrices 42 et 52 soit entre la tuyauterie annulaire collectrice 42 du faisceau central et lue garnissage réfractaire. La paroi interne (coté couloir 33) du faisceau central 4 est tapissée par un revêtement ou garnissage en un matériau réfractaire 9 de type céramique. Ce revêtement est maintenu par des pattes 44 fixées aux entretoises séparant les tubas. Les deux faisceaux 4 et 5 sont indépendants et fonctionnent en parallèle. Chaque faisceau 4 ou 5 est raccordé à au moins un circuit de compensation de dilatation 7 ou 8. Chaque faisceau 4 ou 5 est suspendu par le haut au garnissage réfractaire. Le circuit de compensation de dilatation 7 ou 8 est monté au-dessous du faisceau. Chaque circuit de compensation de dilatation 7 ou 8 est formé par un tube enroulé en hélice ou en serpentin autour de l'axe de révolution de la cuve. Il est branché par son extrémité inférieure et amont à une tuyauterie d'alimentation en eau qui traverse la cuve et par son extrémité supérieure et aval à la tuyauterie annulaire distributrice d'un faisceau à rayonnement. Le circuit 7 forme un couloir central 36 de forme cylindrique qui prolonge le couloir 33 vers le bas jusqu'au bain d'eau.Les circuits 7 et 8 forment entre eux un couloir annulaire 37. qui prolonge la chambre 34 vers le bas jusqu'au bain d'eau. L'évacuation de la vapeur steffectue par des tuyauteries d'évacuation 43 et 53 qui sont branchées respectivement sur les tuyauteries annulaires collectrices 42 et 52. Les circuits de compensation de dilatation7 et 8 sont coiffés par des capots- 71 et 81 qui évitent l'amoncellement des cendras. Le fonctionnement de la chaudière va maintenant oetre expliqué. Le mélange gaz-cendres fondues descend vers le bas dans le couloir central 33. Au-dessous de la tuyauterie annulaire 41, les gaz subissent un changement de direction et passent par l'espace annulaire 35 ménagé entre ladite tuyauterie et le circuit 7. Les cendres fondues animées d'une vitesse élevée se séparent du gaz et descendeat, dans le couloir cylindrique 36 délimité par le circuit 7, vers le bain d'eau 6 situé au bas de la chambre. Les gaz remontent avec un mouvement giratoire dans la chambre annulaire de rayonnement 34, vers orifice de sortie 32. Dans le couloir central, l'écart de température du gaz entre. le haut et le bas est relativement faible, la température étant de l'ordre de 14000 au niveau de l'entrée 31 et de tordre de 13000 au niveau de la tuyauterie 41. Les échanges par rayonnement s'effectuent dans la chambre à rayonnement 34. Les sections respectives du couloir central 33 et de la chambre annulaire 34 sont telles que la vitesse dans ladite chambre est plus faible que la vitesse dans le couloir, ce qui favorise la décantation des cendres volantes. Le revêtement réfractaire 9 favorise les échanges par rayonnement dans la chambre de rayonnement 34. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionnements de détails et de mêle envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1.- Chaudière de récupération alimentée par un gaz chargé de cendres fondues dans une installation de gazéification de combustibles solides, comportant un faisceau de tubes (4) qui forme un couloir central (33) canalisant le gaz chargé de cendres qui subit un changement de direction au bas de ce faisceau (4) et au-dessus d'un bain de liquide (6) être dirigé vers un ori /pour fice de sortie (32), caraftérisée par le fait que ledit faisceau (4) est associé à un faisceau de tubes (5) pour délimiter, autour dudit couloir (33), une chambre de rayonnement (34) tapissée par les tubes desdits faisceaux, de forme annulaire, qui est ouverte vers le bas et fermée vers le haut et qui communique avec l'orifice de sortie (32) situé dans le quart supérieur de la hauteur de la chambre de rayonnement. 2.- Chaudière selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la paroi interne du faisceau (4) séparant le couloir central (33) de la chambre annulaire de rayonnement (34) est tapissée d'un revêtement réfractaire (9). 3.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'un au moins des faisceaux (4, 5) est raccordé à un circuit de compensation de dilatation (7, 8) alimenté en eau. 4.- Chaudière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'un au moins des faisceaux (4, 5) est formé de tubes jointifs rangés selon les génératrices d'un cylindre, ces tubes débouchant par leurs extrémités inférieures dans une tuyauterie annulaire distributrice (41, 51) et par leurs extrémités supérieures dans unetuyauterie annulaire collectrice (42, 52).