Brevet FR2516642A1 — publié le 19830520

La présente invention concerne de façon générale les dispositifs de chauffage des matières solides Les ma- tières solides à chauffer sont des corps d'échange de cha- leur, par exemple des billes ou galets métalliques ou céra- mniques qui sont utilisés avantageusement dans des fours rotatifs pour le chauffage et le broyage de matières en cours de traitement Plus précisément, l'invention concerne un appareil et des dispositifs perfectionnés d'introduction de corps d'échange de chaleur dans un dispositif de chauf- fage de matières solides. Des corps solides d'échange de chaleur appelés "matières solides" dans la suite du présent mémoire, sont utilisés pour le traitement pyrolytique des schistes pétro- lifères et d'autres matière carbonées solides Les matières solides sont utilisées pour le chauffage de la matière car- bonée (par exemple le schiste pétrolifère) par transmission de leur chaleur à la matière traitée, grâce à un contact intime mutuel Après chauffage de la matière carbonée à la température voulue, les matières solides sont séparées de la matière carbonée et renvoyées dans un dispositif qui réchauffe les corps solides d'échange de chaleur Les bre- vets des Etats-Unis d'Amérique n 3 595 540 et 4 193 760 décrivent des exemples de tels dispositifs de chauffage de matières solides Ces dispositifs de chauffage sont ap- pelés "appareils de chauffage de matières solides" ou "appareils de chauffage de billes". Les appareils de chauffage de matières solides comprennent de façon générale une enveloppe qui délimite une chambre de chauffage ayant un fond, des côtés et une partie supérieure Un courant de gaz chaudsusésest intro- duit à la partie supérieure de l'enveloppe afin qu'il chauf- fe les matières solides qui sont introduites simultanément dans la chambre de chauffage Les matières solides sont introduites dans cette chambre par des conduits d'alimenta- tion qui traversent la partie supérieure de l'enveloppe. Lorsque les matières solides ont été réchauffées aux températures voulues, divers dispositifs de séparation et de dégagement sont destinés à séparer les matières so- lides chauffées des gaz usés qui circulent simultanément. Les matières solides-réchauffées qui sont séparées ou écar- tées sont alors renvoyées dans le four ou un autre réacteur de traitement dans lequel une matière carbonée doit être chauffée. Etant donné les températures élevées nécessaires au réchaufffage voulu des matières solides, des problèmes de surchauffe ou de défaillance de différents éléments de l'appareil de chauffage de matières solides se sont posés. Par exemple, les appareils de chauffage de matières solides comportent souvent plusieurs conduits ou tuyauteries d'alimentation de matières solides espacés autour de la partie supérieure de l'enveloppe et destinés à transmettre les matières solides à la chambre de chauffage Les tuyau- teries d'alimentation ont une partie d'entrée qui se trouve à l'extérieur de l'enveloppe et une partie de sortie placée à l'intérieur de l'enveloppe, dans la chambre de chauffage. Les tuyauteries d'alimentation sont en général formées d'acier allié réfractaire relativement coûteux Les tuyau- teries d'alimentation sont soudées au toit ou à la partie supérieure de l'enveloppe afin qu'elles soient maintenues en place Comme les enveloppes des appareils de chauffage sont en général formées d'acier au carbone, la soudure de ces types différents de matières l'une sur l'autre nécessite des techniques particulières qui sont très coûteuses En - outre, des problèmes se posent car des contraintes placées aux soudures, du fait des différences de coefficients de dilatation des matières, peuvent apparaître et peuvent pro- voquer une rupture aux emplacements des soudures, pendant le chauffage et le refroidissement de l'appareil de chauf- fage de matières solides. Un autre problème posé par les tuyauteriesd'ali- mentation de matières solides est leur obstruction par in- termittence et l'interruption de la circulation des matières solides dans ces tuyauteries Après un fonctionnement prolon- gé des appareils de chauffage de matières solides, un bou- chage partiel ou total des tuyauteries d'alimentation peut apparaître En outre, des bouchages et des perturbations des opérations, dans d'autres parties du circuit des ma- tières solides, peuvent provoquer l'interruption de la cir- culation des matières solides dans ces tuyauteries Lors- que ces dernières sont bouchées et lorsque le courant de matières solides dans ces tuyauteries est interrompu, les tuyauteries d'alimentation peuvent subir une surchauffage. Ce phénomène peut provoquer une déformation et une fusion partielle des tuyauteries d'alimentation. Il est donc souhaitable qu'un procédé et un appa- reil permettent le raccordement des conduits ou tuyauteries d'alimentation à l'enveloppe de l'appareil de chauffage par un dispositif autre qu'un soudage Il est en outre souhaitable que les tuyauteries d'alimentation puissent être retirées facilement et rapidement en vue d'un net- toyage et de la suppression des bouchages par les matières solides en cas d'obstruction, ces tuyauteries comportant en outre avantageusement un dispositif qui les protège con- tre une surchauffe à la suite d'un bouchage partielou total ou d'autres interruptions de la circulation des matières solides. L'invention concerne un appareil perfectionné de chauffage de matières solides dans lequel le conduit d'alimentation des matières solides peut être facilement et rapidement fixé à l'enveloppe et retiré de l'enveloppe de l'appareil de chauffage des matières solides En outre, le conduit d'alimentation en matières solides comporte un dispositif d'isolement ou de refroidissement du conduit afin qu'il ne puisse pas être surchauffé en cas de bou- chage ou d'interruption de la circulation des matières so-:; lides. La présente invention met essentiellement en oeu- vre un conduit d'alimentation de matières solides qui com- porte une partie d'entrée destinée à recevoir des matières solides et une partie de sortie destinée à transmettre des matières solides à la chambre de chauffage d'un appareil de chauffage de matières solides Le conduit d'alimenta- tion comporte un dispositif destiné à être fixé de façon amovible sur l'enveloppe de l'appareil de chauffage, si bien que la partie de sortie du conduit d'alimentation, lorsqu'elle est fixée en place, se trouve à l'intérieur de la chambre de chauffage. Selon une caractéristique de la présente inven- tion, le conduit d'alimentation de matières solides com- porte un dispositif de refroidissement de la partie de sor- tie du conduit d'alimentation, placée à l'intérieur de la chambre de chauffage Un refroidissement est de préférence assuré par un tube formant une enveloppe isolante entou- rant le conduit d'alimentation et dans lequel un fluide- de refroidissement ou isolant circule. Le dispositif de fixation amovible du conduit d'alimentation de matières solides sur l'appareil de chauf- fage comporte de préférence un-tube de montage ayant une extrémité supérieure et une extrémité inférieure L'extré- mité inférieure est fixée à demeure sur l'enveloppe et l'ex- trémité supérieure comporte une bride destinée à loger le conduit d'alimentation En outre, le tube de montage a un diamètre interne suffisant pour que le conduit d'alimenta- tion puisse y passer Il est très souvent souhaitable que la partie supérieure ou le toit de l'enveloppe de l'appa- reil de chauffage des matières solides soit incliné afin que l'introduction des gaz chauds usés dans la chambre de chauffage soit optimale Il est aussi souhaitable que les parties de sortie ou extrémités des conduits d'alimentation soient de-niveau ou à la même hauteur Selon une caracté- ristique de la présente invention, les longueurs des tubes de montage varient d'après leur emplacement sur le toit incliné de l'enveloppe de l'appareil de chauffage si bien que les sorties des conduits d'alimentation se trouvent à un même niveau et ne sont pas inclinées. La présente invention concerne donc un conduit d'alimentation de matières solides qui n'est pas soudé ou fixé en permanence d'une autre manière sur l'enveloppe de l'appareil de chauffage de matières solides Cette fixation originale empêche l'apparition des problèmes précités con- cernant les difficultés de soudage et l'irrégularité des contraintes En outre, les conduits d'alimentation peuvent être retirés rapidement et commodément lorsqu'un bouchage par les matières solides doit être supprimé ou lorsqu'une réparation ou un remplacerent est nécessaire En outre, les conduits d'alimentation sont isolés par un dispositif de refroidissement empêchant la détérioration par la cha- leur due à une surchauffe localisée possible. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se réfé- rant aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une élévation en coupe partielle d'un exemple de dispositif de chauffage de matières solides représentant un mode de réalisation avantageux de conduits d'alimentation selon l'invention; la figure 2 est une vue de la figure 1 dans le plan II-II; et la figure 3 est une dlévation détaillée en coupe partielle d'un conduit avantageux d'alimentation. La figure 1 représente un appareil de chauffage de matières solides portant la référence générale 10 Cet appareil 10 est anlogue à l'appareil de chauffage de ma- tières solides décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique n 4 193 760, mis à part l'incorporation des conduits avantageux d'alimentation selon l'invention Ces conduits avantageux portent la référence générale 12 Le contenu du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 193 760 est incor- poré dans le présent mémoire à titre de référence. L'appareil 10 de chauffage des matières solides comporte une enveloppe 14 de l'appareil de chauffage Cette enveloppe 14 a un fond 16, des côtés 18 et 20 et une partie supérieure ou toit 22 L'enveloppe 14 délimite une chambre 24 de chauffage. De manière classique, les matières solides des- tinées à véhiculer de la chaleur, partiellement refroidies, pénètrent dans la chambre de chauffage 24 afin qu'elles forment un lit 26 de matières solides Le chauffage des matières solides est assuré par circulation de gaz usés chauds par une entrée 28 et un passage 30 jusqu'à la cham- bre 24 de chauffage Le lit 26 de matières solides est ré- chauffé par les gaz chauds usés jusqu'à la température vou- lue Des organes 32 de séparation sont destinés à séparer les matières solides chauffées des gaz usés Ces derniers quittent la chambre 24 de chauffage par des tuyauteries 34 de sortie et quittent l'appareil 10 de chauffage des matières solides par une sortie 36 de gaz Les matières solides chauffées s'écoulent par gravité dans des tubes collecteurs 38 Les matières solides chauffées sont reti- rées de l'appareil 10 de chauffage et renvoyées dans un four ou un autre appareil de traitement. Selon l'invention, des conduits amovibles 12 d'alimentation sont destinés à introduire des matières so- lides dans la chambre 24 de chauffage Il est possible qu'un appareil de chauffage de matières solides puisse être réa- lisé d'une manière telle qu'un seul conduit d'alimentation est utilisé Cependant, il est préférable que plusieurs conduits d'alimentation soient disposés à des emplacements distants le long de la partie supérieure 22 de l'enveloppe de l'appareil de chauffage afin qu'ils facilitent l'intro- duction uniforme des matières solides dans la chambre 24 de chauffage La configuration ou l'arrangement particulier des conduits d'alimentation n'est pas primordial Dans le cas des enveloppes circulaires ou cylindriques 14 de chauf- fage, il est préférable que des cercles concentriques de conduits 12 d'alimentation régulièrement répartis soient disposés dans la partie supérieure 22 de l'enveloppe Comme représenté clairement sur la figure 2, trois cercles de conduits d'alimentation sont disposés autour de la partie supérieure 22 de l'enveloppe Evidemment, des cercles plus ou moins concentriques de conduits d'alimentation peuvent être utilisés le cas échéant, et l'espacement régulier, 2 516642 bien qu'il soit souhaitable, n'est pas absolument néces- saire. On se réfère maintenant à la figure 3 qui repré- sente un conduit amovible d'alimentation portant la réfé- rence générale 12 et qui est avantageux Le conduit 12 est monté sur la partie supérieure 22 de l'enveloppe Cette partie supérieure 22 a une couche externe 42 d'acier au carbone Une couche d'une matière isolante 44 est destinée à protéger la couche externe 42 de l'enveloppe. Le conduit 12 d'alimentation a une partie 46 d'en- trée et une partie 48 de sortie Cette dernière est placée à l'intérieur de la chambre 24 de chauffage Un dispositif de fixation amovible du conduit 12 d'alimentation sur la partie supérieure 22 de l'appareil de chauffage est cons- titué par une bride circulaire 50 filée à demeure sur le conduit 12 d'alimentation par soudage La fixation amovible comporte en outre un tube 52 de montage qui a une extrémité inférieure 54 fixée à demeure sur la couche métallique 52 par soudage ou de toute autre manière classique Le tube 52 de montage a aussi une extrémité supérieure 56 sur la- quelle est fixée à demeure une bride circulaire 58 La bride circulaire 50 est destinée à venir s'appuyer de manière étanche contre la bride 58 En outre, un dispositif de fixa- tion amovible des brides l'une à l'autre (non représenté) peut être formé par des pinces, des boulons ou tout autre dispositif classique Le tube 52 de montage est avantageui- sement formé d'un métal résistant à la chaleur et qui est compatible avec le métal de l'enveloppe afin qu'il puisse être soudé sur celui-ci et qu'il possède un coefficient analogue de dilatation Dans le cas d'enveloppes formées d'acier au carbone, le tube 52 de montage est aussi avan- tageusement formé d'acier au carbone. Selon l'invention, un dispositif est destiné à refroidir le conduit 12 d'alimentation de la manière sui- vante Le conduit 12 a une tuyauterie centrale 62 d'alimén- tation qui est entourée par un tube 64 formant une double enveloppe Ce tube 64 est fixé de manière étanche à la tuyauterie centrale 62 d'alimentation, à son extrémité in- férieure, par des plaques 66 A l'extrémité supérieure de la tuyauterie centrale 62 d'alimentation, le tube 64 est déformé vers l'intérieur vers cette tuyauterie 62 et y est fixé de manière étanche comme indiqué par la référence 68. La région comprise entre la tuyauterie 62 et le tube 64 délimite une zone annulaire 70 Il faut qu'un fluide de refroidissement ou un fluide isolant circule dans la zone annulaire 70, le dispositif avantageux de refroidissement comprenant une entrée 72 et une sortie 74 permettant la circulation du fluide de refroidissement dans la zone an- nulaire 70, le cas échéant. Divers fluides de refroidissement, tels que de l'eau ou d'autres liquides ou gaz d'échange de chaleur, pénètrent par l'entrée 72 et circulent autour de la tuyau- terie centrale 62 puis s'échappent par la sortie 74 -Le tube 64 entoure de préférence toute la tuyauterie centrale 62; cependant, il peut être souhaitable, dans certaines circonstances seulement, qu'un tube 64 n'entoure et n'isole ou ne refroidisse que la partie de la tuyauterie centrale 62 qui se trouve à l'intérieur de la chambre de chauffage 24. La température habituellement subie par la sortie 48 du conduit d'alimentation placé à l'intérieur de la cham- bre de chauffage 27 est maintenue au-dessous de niveaux indésirables par absorption continue de chaleur par le flui- de de refroidissement lorsqu'il circule dans la zone annu- laire 70 Cependant, l'obturation ou le bouchage occasion- nel de la tuyauterie centrale 62 d'alimentation ou l'inter- ruption de la circulation des matières solides dans cette tuyauterie provoque l'augmentation de la température et une détérioration possible du conduit 12 d'alimentation. Le dispositif de refroidissement, comme indiqué précédem- ment, est particulièrement important car il empêche l'aug- mentation de la température et la détérioration correspon- dante du conduit 12 d'alimentation Lors du fonctionnement, le fluide de refroidissement circule dans la zone annulaire si bien que la température du conduit 12 d'alimentation ne peut pas dépasser des niveaux prédéterminés à la suite d'un arrêt de la circulation ou pour une autre raison Evi- demment, le courant de fluide de refroidissement dans le dispositif de refroidissement du conduit d'alimentation est continu. Comme roté pré demëment, de nombreux appareils de chauffage de matières solides ont des parties supérieures d'enveloppe qui sont inclinées, notamient de manière que 1 ' introduction des gaz cbauds tuss dans la chambre de chauf- fage soi L optimisée Il est aussi souhaitable que les par- ties de sortie des conduits d'alimentation se trouvent à un même niveau dans la chambre de chauffage Il est avan- tageux que, lors de la rdalisation des conduits d'alimenta- tion selon l'invention, ces conduits aient tous la même longueur Une caractéristique part iculiirs de ilinvention destinée à assurer le maintien des parties de sortie 48 des conduits 12 d'alimentation au même niveau ou à la même hauteur dans la chambre 24 de chauffage est la variation de la longueur des tubes 52 de montage en fonctioni de leur emplacement sur la partie supérieure inclinée 22 de l'en- veloppe Comme l'indique la figure 1, la longueur des tubes 52 de montage augmente avec la distance radiale du tube de montage par rapport au centre De cette manière, des conduits 12 d'alimentation qui sont uniformes et normalisés peuvent être échangés entre divers emplacements de tubes de montage, avec conservation cependant de la hauteur uni- forme nécessaire des parties 48 de sortie des conduits d'ali- mentation Il s'agit d'une caractéristique particulièrement avantageuse, car elle permet la réalisation moins coûteuse d'un seul conduit uniforme d'alimentation ( 12) qui peut être facilement mis en place et retiré puis remis en place à un emplacement quelconque sur la partie supérieure in- clinée 22 de l'enveloppe de l'appareil de chauffage. Bien entendu, diverses modifications peuvent âtre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 2-5 16642 REVENDICATIONS 1 Appareil de chauffage de matières solides, com- prenant une enveloppe ( 14) délimitant une chambre de chauf- fage ( 24) et au moins un conduit d'alimentation ( 12) par lequel les matières solides sont introduites dans la cham- bre de chauffage, caractérisé en ce qu'il comprend un dis- positif de fixation àmovible du conduit d'alimentation ( 12) sur l'enveloppe ( 14). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'alimentaton ( 12) a une partie d'en- trée ( 46) placée à l'extérieur de la chambre de chauffage ( 24) et une partie de sortie de refroidissement de la partie de sortie du conduit d'ali- mentation. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de fixation amovible comporte un tube de montage ( 52) ayant une extrémité supé- rieure et une extrémité inférieure qui est solidaire de l'enveloppe ( 14), le tube de montage ( 52) ayant un diamètre interne suffisamment grand pour que le conduit d'alimenta- tion ( 12) puisse y passer, et un dispositif ( 50, 58) de fixation étanche du conduit d'alimentation sur le tube de montage. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de fixation étanche comporte: une première bride ( 58) solidaire de l'extrémité supérieure du tube de montage ( 52 X, une seconde bride ( 50) solidaire du conduit d'ali- mentation ( 12) et destinée à coopérer de façon étanche avec la première bride lorsque la partie de sortie du conduit d'alimentation est placée dans la chambre de chauffage, et un dispositif de fixation amovible des brides l'une à l'autre. 5 Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enveloppe ( 14) a un fond, des parois latérales et une partie supérieure, cette partie supérieure ( 22) étant inclinée, et l'appareil comporte plusieurs conduits d'ali- mentation ( 12) fixés de façon amovible le long de la partie supérieure inclinée et à distance les uns des autres. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les conduits d'alimentation ( 12) ont pratiquement tous la même longueur et leur seconde bride ( 50) est dis- posée à un même emplacement le long de chaque conduit d'ali- mentation d'alimentation se trouvant toutes à la même hauteur à l'inté- rieur de la chambre de chauffage, car la longueur des tubes de montage ( 52) placés à la partie supérieure inclinée de l'enveloppe varie. 7 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement a un tube 164) formant une enveloppe qui entoure le conduit d'alimentation, et un zone annulaire ( 70) de refroidissement est délimitée- entre le conduit d'alimentation et le tube d'enveloppe. 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube d'enveloppe ( 64) a une entrée ( 72) et une sortie ( 74) destinées à la circulation d'un fluide de refroidissement dans la zone de refroidissement. 9 Conduit d'alimentation de matières solides des- tiné à l'introduction de matières solides dans un appareil de chauffage de matières solides ayant une enveloppe ( 14) délimitant une chambre de chauffage ( 24), le conduit d'ali- mentation de matièressolides ( 12) étant caractérisé en ce qu'il a une partie d'entrée ( 46) et une partie de sortie ( 48), et un dispositif ( 50, 52, 58) de fixation amovible du conduit d'alimentation sur l'enveloppe afin que la par- tie de sortie ( 48) du conduit d'alimentation puisse se trou- ver à l'intérieur de la chambre de chauffage ( 24). Conduit selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ( 70-74) de refroidis- sement de la partie de sortie ( 48) du conduit d'alimenta- tion. 11 Conduit selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de fixation amovible comporte une bride ( 50) solidaire du conduit d'alimentation ( 12) et des- tinée à la fixation étanche et amovible du conduit d'ali- mentation sur l'enveloppe ( 14 > de l'appareil de chauffage. 12 Conduit selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comporte un tube ( 64) formant une enveloppe entourant le conduit d'alimenta- tion ( 62), et une zone annulaire ( 70) de refroidissement est délimitée entre le conduit d'alimentation et le tube d'enveloppe. 13 Conduit selon la revendication 12, caractérisé en ce que le tube d'enveloppe ( 64) a une entrée ( 72) et une sortie ( 74) de circulation d'un fluide de refroidis- sement dans la zone annulaire de refroidissement ( 70). 14 Enveloppe d'appareil de chauffage, délimitant. une chambre ( 24) destinée au chauffage de matières solides, l'enveloppe étant caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un tube de montage ( 52) ayant une extrémité supérieure munie d'une bride dans la chambre afin qu'elles y soient chauffées. Enveloppe selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend un fond, des c 8 tés et une partie supé- rieure inclinée, cette partie supérieure ( 22) ayant plu- sieurs tubes de montage ( 52) qui y sont fixés à demeure à des emplacements distants, les tubes de montage ( 52) ayant des longueurs qui varient d'après leur position le long de la partie supérieure inclinée de l'enveloppe de manière que les extrémités supérieures des tubes de montage qui comportent des brides se trouvent à la même hauteur et ne soient pas inclinées.