Brevet FR2516810A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne un passage devant servir, dans des réacteurs tels que des fours rotatifs as- surant le traitement d'un lit en cours de brassage et for- mé de matière pulvérulente de granulométrie composite à faire arriver, à l'intérieur du four des gaz tels que du combustible gazeux, de la vapeur d'eau et/ou de l'air, le passage empêchant que la matière pulvérulente engorge les passages d'arrivée de gaz en s'y entassant, et facilitant la purge automatique de la-matière pulvérulente. D'après l'art antérieur, on connaît des fours rotatifs dans lesquels une pluralité de passages sont pré- vus à travers la virole du four pour admettre de l'air et du combustible à l'intérieur du four Des exemples de tels fours connus sont décrits dans les brevets US 1 216 667, 2 091 850 et 3 182 980 Des ajutages ou buses pour de tels fours sont décrits dans les brevets US 3 794 483, 3.946 949 et 4 214 707 Des mécanismes de commande de tels ajutages sont décrits dans les brevets US 3 847 538 4.070 149. Dans certains fours selon la technique antérieu- re, par-exemple selon les brevets US 1 216 667 et 2.091 850, du combustible gazeux et/ou de l'air est injec- té dans le four par des passages qui sont situé au-dessous de la charge de matière du lit Selon d'autres brevets an- térieurs, l'air et le combustible gazeux sont injectés al- ternativement, l'injection de combustible gazeux, ayant lieu quand les passages sont au-dessous du lit de matiè- re de charge et celle de l'air, quand les passages sont au-dessus du lit Quand l'appareil précité sert au traite- ment de matières de -granulométrie composite, les plus pe- tites particules risquent de pénétrer dans les passages et tuyaux associés, gênant l'écoulement de fluide à tra- vers les passages et arrivant finalement à boucher complè- tement ceux-ci, qui cessent de ce fait d'injecter du flui- de dans le lit. En outre, bien que de tels fours rotatifs puis- sent comporter jusqu'à 600 ajustages, il est courant-que cinq ajutages ou plus soient commandés par une seule van- ne En conséquence, si des particules de matière pénètrent dans le tuyau associé par un passage et endommagent une vanne, de nombreux passages se trouvent mis hors d'action. Cet incident est particulièrement gênant lorsqu'un pas- sage normalement inactif passe plusieurs fois sous un lit de matière sans que du gaz travers le passage ni le tuyau îO associé Ainsi, lorsqu'un passage ou un certain nombre de passages deviennent inactifs du-fait de leur engorgement ou de l'endommagement d'une vanne de commande associée, la capacité du four est diminuée et son temps de maintien en état de marche entre opérations d'entretien se trouve réduit Un brevet plus récent, US 4 214 707 (Flaherty) en date du 19 Juin 1980, décrit un passage auto-purgeur pour four rotatif Selon ce brevet Flaherty, le passage compor- te un ajutage percé d'une série de trous pour la pénétra- tion du fluide à l'intérieur du four Derrière l'ajutage est situé un pièce à labyrinthe Des particules provenant du four sont libres de passer dans ce piège à travers les trous d'ajutage pendant que le passage se déplace sous la matière présente dans le four Une série de trous percés dans le piè e provoquent un tourbillonnement du fluide pendant qu'il traverse le piège en se dirigeant vers l'in- térieur du four Du fait de ce tourbillonnement, le flui- de recueille les particules présentes dans le piège et les entraîne dans le four. La présente invention a pour buts de proposer d'une manière générale, une structure de pas- sage améliorée résistant à l'engorgement et facilement purgée par les fluides en écoulement; un passage qui soumette les-particules de ma- tière à des tamisages Successifs, réduisant ainsi no- tablement la quantité de particules qui pénètrent dans le corps du passage et chassant vers l'extérieur les particules qui ont tout de même pénétré dans ce corps; un passage comportant une série de méca- nismes de tamisage qui s'opposent à l'engorgement, chaque mécanisme de tamisage agissant dans le passage indépendamment des autres de manière à faciliter la ré- alisation du passage à une plus grande échelle et sans que l'engorgement d'un mécanisme provoque l'engorgement et la mise hors d'action de la totalité du passage. Suivant un mode de réalisation préféré de la présente invention, il est prévu un passage comportant un ajutage cylindrique qui est traversé par au moins un trou Près de l'ajutage est disposée une embase qui coo- père avec l'ajutage pour délimiter entre elle et ce dernier une cavité de distribution de fluide. Il est prévu une plate-forme cylindrique qui s'étend à partir de l'embase, traverse la cavité de distribution de fluide et pénètre dans le trou de l'ajutage. La plate-forme coopère avec les parois opposées de l'ajuta- ge pour délimiter une chambre annulaire Un épaulement an- nulaire solidaire de la base de la plate-forme coopère a- vec des surfaces de l'ajutage situées en regard pour déli- miter un interstice d'arrêt de particules L'épaulement est dimensionné de façon que l'interstice d'arrêt de particu- les soit plus petit que la chambre annulaire. La chambre annulaire et l'interstice d'ar- rêt de particules sont en communication avec la cavité de distribution de fluide pour permettre le passage de fluide à travers l'ajutage En outre, la chambre et l'interstice constituent un mécanisme de tamisage grâce auquel les par- ticules trop grandes pour passer dans la chambre se voient interdire l'accès de celle-ci et celles assez petites pour pénétrer dans la chambre sont empêchées de passer dans la cavité de distribution de fluide par l'interstice d'arrêt de particules Les particules assez petites pour franchir l'interstice sont arrêtées et chassées par du fluide en é- coulement turbulent qui vient de la cavité de distribution 4- traverser l'interstice. Sur les dessins annexés Fig i est une vue latérale d'un tronçon -de four rotatif comportant une pluralité de passages se- ion l'invention. Fig 2 est une vue grossie en coupe suivant la ligne IIII de la figure 1 d'un passage ménagé dans la c paroi de four. Fig 3 est une vue en plan de l'extrémité de sortie du passage. Fig 4 est une vue en coupe grossie montrant une plate-forme formée sur l'embase disposée dans un trou d'ajutage. Fig 5 est une vue grossie en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1 d'un passage selon une varian- te de l'invention. Fig 6 est une vue en plan de l'extrémité de sortie de la variante de passage illustrée par la figu- re 5; et Fig 7 est une vue en coupe grossie d'une plate-forme d'embase correspondant à une variante dispo- sée dans un orifice d 'ajutage. Un four 1, tel que représenté sur la figu- re 1, présente un corps cylindrique oblong ? qui délimite une chambre cylindrique 3 Le corps 2 du four-1 comporte une coque extérieure en acier 4 munie d'un garnissage ré- fractaire 5 approprié-qui peut être en briques réfractai- res Des moyens quelconques bien connus peuvent être pré- vus pour supporter le four 1 et le faire tourner Attendu que ces moyens ne font pas partie de la présente invention et sont bien connus du technicien, on ne les a pas repré- sentés. Autour de la surface du four sont prévus une pluralité de passages 6 débouchant dans la chambre 3. Les passages 6 ont tous la même structure et le même fonc- tionnement et la description donnée de l'un d'eux est ap - plicable à tous les autres Comme représenté sur la figu Ve 2, le passage 6 comporte un manchon ou tuyau cylindrique/en acier fixé dans une ouverture appropriée 8 ménagée dans la paroi de la coque de four 2 Dans le manchon 7, un ajutage 9 est supporté de manière à assurer le positionnement sou- haité de l'interface entre l'ajutage et la surface intérieu- re du tuyau 7. Comme représenté sur les figures 2 et 3, le passage 6 comporte l'ajutage 9 qui présente une série de trous 10 destinés à diriger du fluide sous pression vers 1 '- intérieur de la chambre 3 de la coque de four 2 L'ajutage 9 présente un alésage central 11 contre-alésé en 12 pour dé- finir une surface annulaire 13 qui reçoit la tête d'un bou- lon 14 A son extrémité opposée ou extérieure, le boulon 14 traverse vers l'extérieur le manchon d'orifice 7 et un chapeau de fermeture 15 Le chapeau 15 est fixé à un relord 16 du manchon 7 par des boulons 17, et un écrou 18 est vis- sé sur l'extrémité du boulon 14 qui ressort à travers le chapeau 15. Comme représenté sur les figures 1 et 2, du fluide arrive sélectivement aux passages 6 par des tuyaux -d'alimentation 19 reliés à ceux-ci ainsi qu'à une source de fluide, non représentée Comme représenté sur la figure 1, des vannes 20 sont associées aux passages 6 Bien qu'on ait représenté des vannes 20 individuellement affectées à chaque passage 6, on conçoit qu'on pourrait aussi associer une seule vanne 20 à plusieurs passages 6. Pendant la rotation du four 1, chaque vanne peut s'ouvrir pendant que le ou les passages associés 6 défilent sous un lit de matière 21 présent dans la chambre de four 3, et chaque vanne peut se fermer avant que ce ou ces passages ne ressortent de dessous le lit de matière, comme décrit dans le brevet US 4 070 149 Avant l'envoi de fluide sous pression aux passages situés sous le lit de ma- tière, de petites particules de la matière du lit peuvent franchir les trous 10 de l'ajutage 9 et pénétrer dans le manchon de passage 7 Pour minimiser ces infiltrations, on munit chaque passage 6 d'une embase 22, telle que représen- tée sur la figure 2, qui est bloquée contre la surface ra- dialement intérieure de l'ajutage 9 par un écrou 23, vis- sé sur la tige du boulon 12 entre l'embase 22 et le chapeau 15.,- L'embase 22 est réalisée de manière à compor- -ter une surface 26 tournée vers l'ajutage 9, mais espacée de celui-ci par une série d'oreilles d'appui 24 angulaire- ment espacées et par un bossage situé radialement à l'inté- rieur 25 et saillant radialement à partir de la surface 26 vers l'ajutage 9 Une cavité de distribution-de fluide 27 se trouve ainsi délimitée entre la surface 26, l'ajutage 9, les oreilles d'appui 24 e t le moyeu 25 Comme représen- té sur la figure 2, la surface 26 de l'embase 22 est,incli- née depuis son pourtour, au niveau des oreilles d'appui 24, vers le moyeu 25, l'épaisseur de la cavité de distribution de fluide 27 diminuant constamment depuis le pourtour de la cavité 27 vers le moyeu 25. L'embase 22 présente, comme représenté sur la figure 2, une série de plates-formes 28 et d'épaulement annulaires 29, chaque ensemble formé par une plate-forme 28 et un épaulement annulaire 29 étant associé à l'un des trous 10 de l'ajutage 9 Bien que les dessins représentent un nombre déterminé d'ensembles de plate-forme, trou et é- paulement annulaire placés dans le passage 6, on conçoit qu'on pourra prévoir dans ce passage un nombre plus ou moins grand de tels ensembles On conçoit aussi que chaque trou constitue, avec la plate-forme 28 et l'épaulement annu- laire 29 qui lui sont associés, un passage indépendant et distinct qui s'oppose à l'obturation et facilite la purge automatique comme décrit ci-après. Attendu que tous les ensembles formés d'un trou 10, d'une plate-forme 28 et d'un-épaulement annulai- re 29 ont la même structure et le même fonctionnement,, la description faite pour un seul de ces ensembles sera appli- cable à tous les autres La plate-forme 28 et le trou d'a- jutage 10 délimitent ensemble une chambre d'ajutage 30, 31, comme on va maintenant le décrire Comme représenté sur la figure 4, la plate-forme 28 fait saillie de l'embase 22, traverse axialement la cavité 27 et pénètre dans le trou 10 de l'ajutage 9 La plate-forme 28 a un diamètre inférieur à celui du trou 10 de sorte qu'elle ne ferme que partielle- ment le trou et délimite avec l'ajutage une chambre annu- laire 30 La plate-forme 28 est aussi conçue pour avoir u- ne dimension axiale inférieure à celle de l'ajutage 9, de sorte que la plate-forme se termine dans-le trou 10 par une extrémité libre définissant dans le trou 10 une chambre cylindrique 31 qui communique avec la chambre de four 3 La chambre cylindrique 31 a une dimension axiale de préféren- ce égale au cinquième (et en tout cas non supérieure à la moitié) du diamètre deltrou 10. La plate-forme 28 est munie d'un moyen d'ar- rêt de particules constitué par un épaulement annulaire 29 qui entoure la plate-forme 28 au niveau de la jonction-en- tre celle-ci et l'e 1 base 22 L'épaulement 29 a un diamètre supérieur à celui de/plate-forme 28 et à celui du trou 10 de l'ajutage 9 L'épaulement annulaire 29 a une dimension axiale inférieure à celle de la cavité 27 de façon à déli- miter avec l'ajutage 9 un interstice d'arrêt de particules 32 Le plan radial de l'interstice 32 est perpendiculaire à l'axe de la chambre annulaire 30 - Comme représenté sur la figure 2, l'emba- se 22 coopère avec le manchon 7 pour définir un interval- le annulaire d'arrivée de fluide 33 Une encoche 35 s'é- tendant radialement et axialement est ménagée dans la sur- face périphérique extérieure 34 de l'ajutage 9 au voisina- ge de l'embase 22 Un joint d'étanchéité -36 est logé dans l'encoche 35 et y est retenu entre l'ajutage 9 et les o- reilles d'appui 24 Le joint d'étanchéité 36 est en con- tact étanche avec le manchon 7, interceptant ainsi la com- munication entre l'intervalle annulaire d'arrivée de flui- de 33 et la chambre de four 3. Alors que l'intervalle annulaire d'arrivée de fluide 33, tel que représenté sur la figure 2 et que, décrit ci-dessus, corresponde à un mode de réalisation pré- féré, les figures 5 et 6 illustrent une variante Dans l'exemple illustré par la figure -5, une série de trous d'ar- rivée de fluide 37 sont ménagés dans l'embase 22, qu'ils traversent axialement pour communiquer avec la cavité 27. Les trous 37 sont sensiblement équidistants des plate-for- mes 28, comme représenté sur la figure 6 La surface 26 de l'embase 22 est parallèle à l'ajutage 9, dont elle est es- pacée par un bossage intérieur 22 et par un bossage exté- rieur périphérique continu 38. Alors que la disposition des plates-formes 28 dans les trous o 10, telle qu'illustrée par la figure 4, corresponde à un mode de réalisation préféré, la figure 7 illustre une variante Dans l'exemple illustré par la fi- gure 7, llajutage 9 est contre-alésé comme indiqué en 39 pour définir un trou cylindrique 40 coaxial au trou 10 La plate-forme 28 fait saillie de l'embase 22, traverse axia- lement la cavité 27 et le trou 40 et pénètre dans le trou de l'ajutage 9 La plate-forme 28 a un diamètre infé- rieur à celui du trou 10, de sorte qu'elle ne ferme que partiellement cet orifice et coopère avec-l'ajutage 9 pour définir une chambre annulaire 30 L'épaulement annulaire 29, qui bute contre le plate-forme 28, fait saillie à par- tir de l'embase 22 et a une dimension axiale inférieure à celle du trou 40 afin de délimiter avec l'ajutage 9 un interstice d'arrêt de particules 32 L'épaulement annulai- re 29 a un diamètre inférieur à celui de l'orifice 40 afin d'établir une communication entre la cavité de distribu- tion de fluide 27 et l'interstice d'arrêt de particules 32. Avec la structure de passage 6 décrite, en particulier telle que représentée sur la figure 2, le flui- de qui peut être du gaz oxydant et/ou de la vapeur sous pression pénètre dans le passage 6 par le tuyau d'arrivée 19 et traverse l'intervalle annulaire d'arrivée de fluide 33 Le joint d'étanchéité 36 agit pour dévier l'écoulement de façon que le fluide pénètre, en passant entre les oreil- les d'appui 24, dans la cavité de distribution de fluide 27 Le fluide s'écoule alors suivant le plan radial de la cavité 27, la diminution d'épaisseur constante que la ca- vité 27 présente entre son pourtour et le moyeu 25 assu- rant une répartition régulière du fluide en écoulement vers chacun des interstices de captage de particules 32 définis entre les épaulements annulaires 29 et l'ajutage 9 Le fluide dévié est amené à s'écouler en régime très turbu- lent en raison des divers changements de direction qu'il su- bit en passant dans l'intervalle annulaire d'arrivée de fluide 33,la cavité 27, les interstices d'arrêt de particu- les 32 et la chambre annulaire 30 pour atteindre finalement la chambre de four 3. Pendant que le fluide pénètre par les passa- ges 6 dans le four 3 de la manière décrite, les particules de matière présentes dans ce dernier se déplacent dans le four et franchissent les passages 6 suivant des trajets pré- sentant des composantes tant axiales que transversales Les particules de matière de charge qui passent devant les ori- fices 6, dans le four, subissent dans les orifices un tàmi- sage en trois étapes, l'interstice d'arrêt de particules 32 arrêtant toutes les particules sauf celles de très fai- ble grandeur, qui sont très aisément expulsées et renvoyées dans le four par le fluide franchissant en régime-turbulent les passages 6 comme décrit ci-dessus La première étape du tamisage en trois étapes découle de ce que des particu- les de dimension supérieure au diamètre des trous 10 ne peuvent passer de la chambre de four 3 dans la chambre cy- lindrique 31 En outre, la chambre 31 évite que de grosses particules ne heurtent des particules effectivement entrées dans la chambre 30, ce qui agglomérerait les particules La chambre cylindrique 31, qui a une dimension axiale non su- périeure à-la-moitié du diamètre du trou 10, évite que des particules ayant approximativement le même diamètre que-le trou se logent dans la chambre 31 du fait de la poussée ex- ercée par le lit de matière en cours de brassage La cham- bre 30 échappe à l'engorgement par le même mécanisme du fait que son entrée est inaccessible à un effet de pénétration. par de grosses particules Les particules assez petites pour pénétrer dans la chambre cylindrique 31 sont tamisées une seconde fois par l'ouverture beaucoup plus petite débouchant dans la chambre annulaire 30 Les particules assez petites pour passer dans la chambre annulaire 30 sont tamisées une troisième fois par l'ouverture encore plus petite de l'in- terstice d'arrêt de particules 32 L'interstice 32, compor- tant un plan radial perpendiculaire à la chambre annulaire 30, ne se prête pas à ce que de la matière-y soit tassée sous l'effet des forces qui sont transmises à partir du lit en cours de brassage par l'intermédiaire de la matière é- ventuellement accumulée dans la chambre 30 et alors que des gaz ne s'écoulent pas dans le passage Ainsi, tout-es les par- ticules, sauf celles très petites, sont empêchées par tami- sage mécanique d'atteindre l'interstice 32 tandis que les particules trop petites pour être évacuées mécaniquement sont chasséeshydrauliquement par l'effet de purge exercé par le fluide en écoulement turbulent dans l'interstice 32. Pendant la durée de service du passage 6 et en particulier pendant les périodes o celui-ci est libre de passer sous la charge de matière alors qu'aucun fluide ne le traverse, certaines quantités de petites particu- les finissent par pénétrér dans la cavité de distribution de fluide 27, le passage annulaire d'arrivée de fluide 33 et l'intérieur du manchon 7 Pendantque le passage 6 atteint, en accompagnant la rotation de la coque de four 2, une posi- tion située au-dessus de lit de matière 21, -les particules de matière présentes dans le manchon 7 ont tendance, sous l'effet de la pesanteur, à pénétrer dans le passage annu- laire d'arrivée de fluide 33 pour y reposer contre lejoint il étanche 36 Quand les passages sont ainsi placés au-dessus du lit, on peut les purger en les faisant traverser par du fluide Le fluide qui s'écoule de l'intérieur du manchon 7 dans l'intervalle annulaire d'arrivée de fluide 33 se trou- ve accéléré du fait de la variation de volume se produi- sant dans les passages de fluide Cette accélération, com- binée à la turbulence créée quand le fluide dévié par le joint d'étanchéité 36 pénètre, enpassant entre les oreil- les 24, dans la cavité 27, a pour effet de chasser les par- ticules reposant contre le joint d'étanchéité 36 dans la cavité 27 d'o elles sont encore chassées, à travers l'in- terstice d'arrêt de particules 32, dans la chambre de four 3 comme exposé plus haut Dans le fonctionnement de la va- riante illustrée par les figures 5 et 6, du fluide stécou- le à partir de l'intérieur du manchon 7, traverse les trous d'arrivée de fluide 37 et pénètre dans la cavité de distri- bution de fluide 27 pour parvenir dans le trou 10 de l'aju- tage 9 comme décrit plus haut. Il va sans dire que, bien que décrit en ré- férence à un four rotatif, le passage selon l'invention peut aussi servir dans des réacteurs pour le traitement en * cours de brassage d'un-lit de-particules de matière de gra- nulométrie composite, tel que des séchoirs, des refroidis- seurs ou analogues. REVENDICATIONS 1 Passage pour introduire un fluide à tra- vers une coque de réacteur, tel qu'un four rotatif dans l'ensemble horizontal, en vue du traitement dans ce der- nier d'un lit en cours de brassage formé de matière en par- ticules de granulométrie composite, ce passage comportant un manchon creux, agencé pour être fixé à la coque de réac- teur et présentant une première extrémité qui communique avec une chambre située dans le réacteur, et étant carac- 'térisé en ce qu'il comprend: (a) un ajutage cylindrique ( 9) disposé co- axialement dans ledit manchon près de ladite premièr'e ex- trémité de ce dernier; un trou ( 10)-ménagé dans ledit a- jutage ( 9) et dont l'axe-central est parallèle au man- chon, (b)-un moyen ( 19) assurant l'introduction d'un fluide dans ledit manchon ( 7) en un point distant de ladite première extrémité du manchon et i'ajutage; (c) une embase ( 22) située dans ledit man- chon ( 7) entre ledit ajutage ( 9) et ledit moyen d'in- troduction de fluide ( 19), cette embase coopérant avec l'ajutage pour délimiter-entre elle et lui une cavité de distribution de fluide et coopérant avec le manchon pour délimiter un passage de fluide ( 35) allant du moyen d'introduction de fluide à-la cavité de distribution de fluide ( 27); (d) une plate-forme ( 28) partant axialement de ladite embase, traversant la cavité de distribution de fluide et-pénétrant dans le trou de l'ajutage en re- lation d'espacement par rapport à l 'ajutage; ladite plate-forme coopérant avec l'ajutage pour délimiter une chambre annulaire ( 30) qui- communique avec la cavité de distribution de fluide et est ouverte du côte de l'aju- tage opposé à ladite cavité; et -(e) un épaulement/a I f 2)qui bute contre la- dite plate-forme ( 28) et ladite embase ( 22), cet épau- 25168 l O lement annulaire faisant saillie à l'opposé de la plate- forme et de l'embase dans la cavité de distribution de fluide en relation d'espacement par rapport à l'ajutage et au trou d'ajutage afin de délimiter ainsi avec l'aju- tage un interstice d'arrêt de particules ( 32) situé en- tre l'ajutage et l'épaulement du côté de l'ajutage diri- gé vers l'embase, de sorte que la pénétration de parti- cules de matière provenant de la chambre de réacteur dans le passage est interdite par un tamisage en plu- sieurs étapes grâce auquel les particules trop grandes pour pénétrer dans la chambre annulaire sont maintenues hors de celle-ci et les particules assez petites pour pé- nétrer dans la chambre annulaire se voient interdire l'accès à la cavité de distribution de fluide par l'in- terstice d'arrêt de particules ( 32). 2 Passage selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ladite plate-forme ( 28) a une dimen- sion axiale inférieure à celle de l'ajutage ( 9), définis- sant de ce fait une chambre cylindrique ( 31) qui débouche dans la chambre de réacteur, de sorte que cette chambre cylindrique sépare ladite chambre annulaire dudit lit de matière en particules en cours dé brassage en empêchant la matière en cours de brassage de venir enfermer et coincer la matière présente dans la chambre annulaire. 3 Passage selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce que ladite chambre cylindrique ( 31) a une dimension axiale non supérieure à la moitié du diamètre du- dit trou de l'ajutage 4 Passage selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que ledit épaulement annulaire ( 29) est séparé dudit ajutage par une distance inférieure à la di- mension radiale de la chambre annulaire définie par la pla- te-forme espacée dudit ajutage.