Brevet FR2511612A1 — publié le 19830225

l 22511612 La présente invention concerne un réacteur à lit fluidisé dont la partie supérieure de la chambre comporte un orifice de sortie ou d'évacuation relié à une chambre de vortex d'un séparateur cyclone à l'aide d'un tuyau raccordé tange ntiellement afin de séparer les matières solides qui sont entraînées par les gaz évacués du réacteur à lit fluidisé, le réacteur comprenant par ailleurs une conduite de retour pour les produits solides séparés, cette conduite étant raccordée à la partie inférieure du séparateur, ce dernier étant pourvu d'une conduite d'évacuation de gaz. Il est connu que la technique des lits fluidisés rapides mettant en oeuvre une circulation de matières solides est utilisée depuis longtemps notamment dans les procédés de grillage et à l'heure actuelle il existe de nombreux types de réacteurs servant à de multiples applications notamment de chambres de combustion et de systèmes de gazéification Dans les applications connues, la séparation des matières solides des gaz s'effectue dans un séparateur cyclone de type classique dont la partie inférieure présente la forme d'une trémie Le séparateur est pourvu d'une chambre vortex cylindrique dans laquelle est disposée une conduite d'évacuation de gaz qui permet de transporter les gaz vers le haut, les solides étant ramenés de la chambre vortex vers le réacteur par l'intermédiaire d'un sas à gaz Le but de ce sas est d'empêcher les gaz du réacteur de s'écouler vers le cyclone au travers de la conduite d'évacuation. Généralement on utilise un système de sas mécanique ou un dispositif perfec- tionné constitué d'un tube en U, rempli de sable et servant de sas à gaz Le système qui est conçu pour assurer le retour des matières solides dans le réac- teur est compliqué et cabteux, particulièrement dans les réacteurs fonctionnant à haute température Le fait qu'une partie de l'air nécessaire à la fluidisation dans le sas à gaz s'écoule vers le haut dans la conduite d'évacuation constitue un effet désavantageux notamment lors de la séparation de matériaux légers et présentant une fine granulométrie Par ailleurs, un écoulement de gaz ascendant provoque une diminution de la capacité de transport de la conduite d'évacuation. Il est en outre connu qu'il se formeau centre d'un cyclone classique, une très faible pression ainsi qu'une vitesse d'écoulement axial élevée Il en résulte qu'un cyclone classique tend à réaliser une aspiration à partir de sa conduite d'alimentation Le débit d'aspiration ainsi formé ne présente généralement pas de vitesse tangen tielle si bien que la plupart des matières solides entraînées 2 2511612 par ce débit d'aspiration sont évacuées par l'intermédiaire de la conduite cen- trale du cyclone Il en résulte que le système de retour ou de recyclage dont est muni un cyclone classique est particulièrement sensible aux débits d'aspira- tion de la conduite de retour et il est donc nécessaire de prévoir un sas à gaz d'une fiabilité absolue. Dans les applications relatives aux bouilleurs à vapeur (chaudières à vapeur) l'utilisation d'un cyclone classique conduit à la réalisation d'une structure désa- vantageuse étant donné que le cyclone classique divise la chaudière en une chambre de combustion séparée et en une partie de convection disposée après le cyclone entre lesquelles est disposé le système assurant le retour ou le re- cyclage des matières solides. Les dispositifs de sas à gaz mécaniques s'usent rapidement notamment lors d'utilisation à haute température et ils présentent souvent des troubles de fonctionnement nuisibles. Il est par ailleurs connu de disposer un cyclone classique à l'intérieur d'un réacteur afin que tout le système assurant le retour ou le recyclage des matières solides soit situé à l'intérieur du réacteur Les inconvénients principaux d'un tel système sont liés aux problèmes de corrosion et d'érosion du cyclone étant donné qu'il n'est pas possible d'assurer de façon simple le refroidissement de la structure de support En outre un tel système souffre de l'inconvénient qui résulte de la sensibilité du cyclone classique aux débits d'aspiration de la con- duite de retour. La présente invention se propose d'apporter un dispositif simple éliminant les inconvénients des systèmes antérieurs décrits ci-dessus, ce dispositif étant caractérisé en ce que le fond de la chambre vortex cylindrique du séparateur est sensiblement plan et incliné et en ce que la conduite d'évacuation des gaz est disposée de manière à traverser ce fond et à transporter:ers le bas les gaz à partir desquels sont enlevés les matériaux solides. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif Sur le dessin la figure 1 est une vue verticale du dispositif selon l'invention et la figure 2 est une coupe selon A-A de la figure 1. Sur la figure 1 la référence 1 désigne une chambre de réacteur fonctionnant 11612 selon le principe du lit fluidisé et la référence 2 désigne un séparateur du type cyclone dans lequel les gaz s'écoulant tangentiellement à partir de la partie supérieure du réacteur, au travers d'une tuyère 3, sont déchargés par l'inter- médiaire d'une conduite d'évacuation 4 Les matières solides séparées sur les parois d'une chambre vortex cylindrique 5 (chambre à tourbillon) s'écoulent vers le bas, vers le fond 6 du cyclone, ce fond étant incliné de manière que le point le plus bas dudit fond soit adjacent au réacteur 1 Les matières solides s'écoulent dans une conduite de retour 8, par l'intermédiaire d'une ouverture 7 vers la partie inférieure de la chambre du réacteur 1 La partie inférieure 9 de la conduite 8, c'est-à-dire l'extrémité d'évacuationest disposée à l'intérieur de la zone 10 d'un lit fluidisé dense, inférieurformé sur le fond 11. En ce qui concerne le régime d'écoulement, un cyclone selon l'invention diffère d'un cyclone classique en ce que le tourbillon formé au centre du cyclone (vortex) est toujours dirigé avec le courant principal, vers la conduite d'évacua- tion des gaz 4 Cette caractéristique à elle seule permet d'obtenir une diminu- tion de l'effet d'aspiration du cyclone, par rapport à une solution classique Les vitesses axiale et radiale qui existent dans la partie inférieure du réacteur à circulation continue sont faibles, cependant que la vitesse tangenîtielle est élevée Il en résulte que la poussière entraidée par un éventuel écoulement d'aspiration ne peut pas pénétrer dans la conduite d'évacuation 4, mais elle est séparée sur les parois et ramenée vers le-réacteur 1 Un tel système fonctionne de façon bien plus stable que les dispositifs connus, dans le cas de perturbations instantanées. Lorsque l'on utilise un cyclone à circulation continue, il n'est pas nécessaire de transporter horizontalement les matières solides, et la conduite de retour est constituée par une tuyauterie directe, ouverte dont l'extrémité inférieure s'étend dans le lit fluidisé Cette solution présente les avantages suivants: le lit fluidisé qui est formé dans le réacteur agit en même temps comme un sas à gaz si bien qu'il n'est pas nécessaire de prévoir un sas à gaz séparé on réalise un écoulement de gaz vers le bas dans la conduite de retour ce qui permet d'obtenir une augmentation de la capacité de transport de cette con- duite de retour et ce qui améliore égale ment l'aptitude à la séparation, no- tamment lorsqu'il s'agit de traiter des petites particules qui ne peuvent pas se séparer en raison de l'écoulement gazeux. 4 2511612 Le dispositif selon l'invention apporte les avantages de structure suivants: le système de retour externe des installations classiques peut être remplacé par une simple conduite peu coûteuse, positionnée à l'intérieur du réacteur et dont le refroidissement peut être facilement réalisé en cas de nécessité le système selon la présente invention répond particulièrement aux exigences de structure des chaudières à vapeur C'est ainsi que la chambre de combus- tion et la partie de convection située après le séparateur, peuvent être fabri- Iuées d lune seule pièce en atelier Pour réaliser le refroidissement de la conduite de retour dans cette application aux chaudières à vapeur, il suffit simplement de positionner la conduite à proximité d'une paroi refroidie. L'exemple ci-après qui n'a bien entendu aucun caractère limitatif, illustre l'invention. Exemple On a réalisé un gazéificateur tel que représenté sur la figure 1 et qui com- portait les caractéristiques de fonctionnement suivants: charbon, bois, ou tourbe sèche l O Og de matière sèche contenant > 80 % air 7 moles gaz produit 16 moles teneur en poussière du gaz 10 à 30 kg/Nm température du réacteur 900 à 1000 -C température de l'air avant le réacteur 300 à 400 'C Granulométrie moyenne du sable 150 m Dimensions principales diamètre du réacteur 0,6 m hauteur du réacteur Il,O m diamètre du cyclone 0,6 m diamètre de la conduite d'évacuation 0,3 m diamètre de la conduite de retour 0,1 m hauteur du cyclone 2,0 m Le matériau constituant la conduite de retour est réalisé à l'aide d'un acier réfractaire et la structure n'est pas refroidie Les essais qui ont été réalisés ont montré que le dispositif selon l'invention fonctionnait correctement. L'aptitude à la séparation du cyclone était en pratique de 100 % pour le matériau 2511612 de circulation utilisé. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et d'application mentionnés ou décrits ci-dessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 6 2511612 REV ENDICAT IONS 1 Réacteur à lit fluidisé dont la partie supérieure de la chambre de réac- tion ( 1) comporte un orifice d'évacuation relié à une chambre de vortex ou de tourbillon ( 5) d'un séparateur de type cyclone ( 2) par l'intermédiaire d'une con- duite tangentielle ( 3), cette conduite étant reliée de manière à effectuer la sépa- ration des matières solides entraînées par les gaz et déchargées du réacteur à lit fluidisé, ce dernier comportant en outre une conduite de retour ou de recy- clage ( 8) pour les matières solides, cette conduite étant connectée à la partie inférieure du séparateur, ainsiqu'une conduite d'évacuation des gaz ( 4) disposée dans ledit séparateur, réacteur caractérisé, en ce que le fond ( 6) de la chambre cylindrique de vortex ( 5) du séparateur ( 2) est sensiblement plan et incliné et en ce que la conduite d'évacuation des gaz ( 4) est disposée de manière à traverser le fond ( 6) et à diriger vers le bas les gaz à partir desquels sont extraites les matières solides. 2 Réacteur à lit fluidisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond ( 6) est incliné vers la chambre de réaction ( 1) du réacteur. 3 Réacteur à lit fluidisé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la conduite de retour ( 8) pour les matières solides s'étend dans la zone inférieure ( 10) du lit fluidisé, formée sur le fond ( 11) de la chambre 1.