Brevet FR2528543A1 — publié le 19831216

La présente invention concerne la combustion en lit fluidisé de combustibles pauvres, notamment de schistes houillers ou bitumineux. La technique de la combustion en lit fluidisé est connue depuis longtemps On utilise avantageusement à cet effet une installation constituée par une paroi avant sen- siblement verticale, munie d'un dispositif d'alimentation en combustible sous forme de particules, deux parois laté- rales, une grille mobile inclinée vers le haut de l'avant à l'arrière, ladite grille étant aménagée entre les deux parois latérales, à une certaine distance de celles-ci, et une pluralité de caissons de soufflage d'air ou de tout autre gaz comburant disposés sous la grille. Dans les applications courantes d'une telle installa- tion, on fait appel à des combustibles relativement riches brûlant à une température d'au moins 12001 C A une telle température, les cendres s'agglomèrent sous forme de mâ- chefers qui se déposent au fond du lit sur toute la lon- gueur de celui-ci Ces agglomérats sont extraits par la grille elle-même à travers la surface libre du lit, à l'ar- rière de la zone de fluidisation Un soufflage modéré, in- suffisant pour provoquer une fluidisation, peut être avan- tageusement maintenu vers l'arrière de la grille, à un ni- veau supérieur à celui du lit, pour éviter que les agglomé- rats transportés par la grille ne viennent se coller sur celle-ci. On a déjà pensé à étendre le domaine d'application de cette technique à la combustion de combustibles pauvres à forte teneur en cendres. La difficulté réside en ce que la température de com- bustion s'établit à une valeur souvent inférieure à 10001 C et de toute façon inférieure à la température nécessaire à la formation d'agglomérats Il devient alors pratique- ment impossible d'évacuer les cendres, ou tout au moins leur évacuation entra-ne l'évacuation simultanée d'une quantité relativement importante d'imbrûlés Le rendement thermique de la combustion est très médiocre, ce qui est -2- d'autant plus gênant que la teneur en cendres est élevée. L'invention a essentiellement pour but de surmonter cette difficulté. Elle consiste surtout à former entre la zone de flui- disation et la zone de transport, une zone de sédimenta- tion intermédiaire, et à établir une circulation méthodi- que du combustible de manière à amener dans ladite zone de sédimentation la quasi totalité des cendres qui s'y dé- posent après que le combustible ait séjourné dans le lit fluidisé le temps minimal nécessaire à sa combustion com- plète. L'invention a plus précisément pour objet un procédé de combustion en lit fluidisé de combustibles pauvres, no- tamment de schistes houillers ou bitumineux, sur une gril- le inclinée vers le haut de l'avant à l'arrière, des cais- sons de soufflage d'air ou de tout autre gaz comburant étant aménagés audessous de la grille qui est alimentée par l'avant en combustible, la partie avant de ladite grille constituant une zone de fluidisation, et la partie arrière de ladite grille constituant, à un-niveau supé- rieur à celui du lit fluidisé, une zone de transport des cendres sous forme de couche fixe, caractérisé en ce que l'on maintient à partir d'un point fixe réglable en po- sition, à l'arrière de la zone de fluidisation, un souf- flage insuffisant pour provoquer une fluidisation, de sor- te qu'il se forme entre la zone de fluidisation et la zo- ne de transport, une zone intermédiaire de sédimentation dans laquelle les cendres se déposent suivant un talus, ledit talus qui s'étend sur toute la longueur de la zone de sédimentation, se renouvelant par tranches parallèles successives au fur et à mesure du déplacement de la gril- le, l'on répartit le débit d'air de soufflage dans les cais- sons de manière à créer un écoulement méthodique du com- bustible de l'avant vers l'arrière du lit fluidisé, per- mettant ainsi l'amenée des cendres dans la zone de sédi- mentation en vue de leur extraction, et l'on règle le niveau et l'étendue du lit fluidisé par -3- modification de la position du dit point fixe. On règle la vitesse de la grille, pour un débit de combustible et une teneur en cendres donnés, afin d'obte- nir un temps minimal de séjour du combustible dans le lit fluidisé pour une combustion complète, et une épaisseur de couche fixe de cendres prédéterminée. On règle le niveau et l'étendue du lit fluidisé en fonction du nombre de caissons mis en service avec un dé- bit suffisant pour provoquer une fluidisation, et de la répartition du débit d'air entre les dits caissons. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant une paroi avant sensiblement verticale, munie d'un dispositif d'ali- mentation en combustible sous forme de particules, deux parois latérales, une grille mobile inclinée vers le haut de l'avant à l'arrière, ladite grille étant aménagée en- tre les dites parois latérales, à une certaine distance de celles-ci, et une pluralité de caissons de soufflage d'air disposés sous la grille, caractérisée en ce qu'elle com- prend, en outre: des moyens pour maintenir à partir d'un point fixe ré- glable en position, à l'arrière du lit fluidisé, un souf- flage insuffisant pour provoquer une fluidisation, et pour répartir le débit d'air de soufflage dans les dits cais- sons de manière à établir un écoulement méthodique de l'a- vant vers l'arrière du lit fluidisé, et des moyens pour régler le niveau et l'étendue du lit fluidisé par modification de la position du dit point fi- xe au-delà duquel se-produit la sédimentation, l'extraction et le transport des cendres. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme de réalisation d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 représente schématiquement en coupe lon- gitudinale une telle installation. 4- La figure 2 est une vue en coupe transversale de cet- te installation. Sur les figures, le repère 1 désigne la paroi avant 1 de l'installation et les repères 2 et 3 ses parois laté- raies La paroi 1 est munie d'une tubulure 4 d'alimenta- tion en combustible sous forme de particules en provenan- ce d'un dispositif de-concassage non représenté. Une grille 5 inclinée vers le haut de l'avant vers l'arrière est aménagée entre les parois 2 et 3 à une cer- taine distance de celles-ci Cette grille avantageusement constituée par le brin supérieur d'une chaîne sans fin,re- çoit le combustible sortant de la tubulure 4. Le repère 6 désigne le talus de combustible formé con- tre la paroi 1, tandis que les repères 7 et 8 désignent les talus formés contre les parois latérales 2 et 3. Au-dessous de la grille 5 sont déposés des caissons de soufflage d'air ou de tout autre gaz comburant Ces caissons,au nombre de cinq dans l'exemple représenté,sont respectivement repérés 9 a, 9 b, 9 c, 9 d et 9 e de l'avant vers l'arrière de la grille entre les tambours 10 et Il de cel- le-ci. Seuls les caissons 9 a, 9 b et 9 c délivrent un débit d'air suffisant pour provoquer une fluidisation du combus- tible dans le lit 12 qui se forme au-dessus des dits cais- sons Les caissons 9 d et 9 e délivrent une quantité d'air insuffisante pour provoquer une fluidisation La zone si- tuée au-dessus du caisson 9 d constitue une zone de sédi- mentation des cendres dont il sera parlé plus explicite- ment ci-après, tandis que la zone située au-dessus du cais- son 9 e constitue, de façon connue en soi, une zone de trans- port des cendres et de décolmatage de la grille 5. Chaque caisson est associé à une vanne de réglage du débit d'air en provenance d'un ventilateur, non représenté, ces vannes sont respectivement repérées 13 a, 13 b, 13 c, 13 d, 13 e Ces vannes permettent de répartir le débit d'air total de telle sorte que ce débit diminue progressivement de l'avant vers l'arrière, ce qui provoque à l'intérieur du lit 12, un écoulement méthodique du combustible On -5 entend par écoulement méthodique, un écoulement de l'avant vers l'arrière à une vitesse telle que le temps de séjour du combustible dans le lit 12 soit égal au minimum néces- saire pour assurer sa combustion complète, tandis que les seules cendres sont amenées à l'extrémité arrière du lit 12 o elles passent de la zone de fuidisation F à la zone de sédimentation S Dans cette dernière zone les cendres se déposent suivant un talus 14 dont la hauteur est égale à celle de la couche fixe extraite du lit par le déplace- ment de la grille 5 vers la zone de transport T Le talus 14 s'étend sur toute la longueur de la zone de sédimenta- tion S et il se renouvelle par tranches successives au fur et à mesure de l'avancement de la grille. On voit que la zone de sédimentation S s'étend sur toute la longueur du caisson 9 d, à partir d'un point fixe matérialisé par la trace sur le plan de la figure de l'extrémité supérieure de la face avant du caisson 9 d On peut modifier la position de ce point vers l'avant en ré- glant la vanne 13 c de telle sorte que le caisson 9 c ne dé- livre plus un débit suffisant pour assurer une fluidisa- tion La zone de sédimentation S se déplace et ne recouvre plus que le caisson 9 c, la zone de transport T recouvrant les caissons 9 d et 9 e On peut bien entendu déplacer ce point vers l'arrière en admettant au contraire dans le cais- son 9 d un débit suffisant pour provoquer une fluidisation. La zone de sédimentation S se déplace et recouvre le seul caisson 9 e, tandis que la zone de transport T, très courte est démunie de caissons Le niveau N et l'étendue de la zo- ne de fluidisation F sont donc réglés par modification de la position du point 15 au moyen des vannes 13 a, 13 b, 13 c,13 d et 13 e. On peut régler d'autre part,la vitesse de la grille pour un débit de combustible et une teneur en cendres de celui-ci donnés,afin d'agir corrélativement sur le temps minimal de séjour du combustible dans le lit 12 pour une combustion complète, ainsi que pour obtenir une couche fi- xe d'épaisseur optimaledansla zone de transport T. -6- On donnera, ci-après, à titre d'exemple, les caracté- ristiques d'une installation pilote réalisée par la deman- deresse et les résultats d'essais obtenus: qualité du combustible: schiste bitumineux ( 2 900 k J/kg) nombre de caissons: 5 d'une longueur de 418 mm vitesse de la grille: 60 à 120 m/h largeur de la grille: 120 mm épaisseur de la couche fixe: 5 à 10 cm température de combustion: 750 à 8500 C débit d'air total ramené au m 2 de grille 6 000 à 12.000 kg/heure nombre de caissons de fluidisation: 3 proportion du débit délivré par le caisson 9 a: 35 % proportion du débit délivré par le caisson 9 b: 30 % proportion du débit délivré par le caisson 9 c: 25 % proportion du débit délivré par le caisson 9 d: -6 % proportion du débit délivré par le caisson 9 e 4 % rapport du débit de combustible au débit d'air: 0,75 à puissance spécifique par m 2 de grille: 5 à 10 MW puissance spécifique par m 3 de lit: 4 à 8 MW Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'el- le n'y est en rien limitée et que des modifications pour- ront lui être apportées sans sortir de son domaine. Le nombre de caissons pourra différer de cinq Il est même avantageux, pour assurer un réglage plus fin de la position du point 15 de prévoir, pour une longueur de gril- le donnée, un nombre plus important de caissons de plus faible longueur On peut également envisager, au lieu d'a- gir sur le nombre des caissons, de prévoir à l'intérieur de chacun d'eux un dispositif de cloisonnement réglable. On peut également pour réaliser un programme donné,. prévoir une télécommande des vannes 13 a, 13 b, 13 c, 13 d, 13 e réglables en fonction des différents paramètres (te- neur en cendres, vitesse de la grille, heuteur de la cou- che, répartition du débit d'air et de combustible) Ces -7 différents paramètres peuvent être enregistrés sur le ta- bleau d'un pupitre de commande. On pourra, bien entendu, remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre l'exemple décrit, ses dif- férentes variantes de réalisation. 8- R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de combustion en lit fluidisé de combustibles pauvres, notamment de schistes houillers ou bitumineux, sur une grille ( 5) inclinée vers le haut de l'avant à l'arrière, des caissons ( 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e) de souffla- ge d'air ou de tout autre gaz comburant étant aménagés au-dessous de la grille ( 5) qui est alimentée par l'a- vant en combustible, la partie avant de ladite grille constituant une zone de fuidisation (F), et la partie arrière de ladite grille constituant, à un niveau supé- rieur à celui du lit fluidisé ( 12), une zone de trans- port (T) des cendres sous forme de couche fixe, carac- térisé en ce que l'on maintient à partir d'un point fixe ( 15) réglable en position, à l'arrière de la zone de fluidisation (F), un soufflage insuffisant pour provoquer une fluidisa- tion, de sorte qu'il se forme entre la zone de fluidisa- tion (F) et la zone de transport (T), une zone intermé- diaire de sédimentation (S) dans laquelle les cendres se déposent suivant un talus ( 14), ledit talus qui s'é- tend sur toute la longueur de la zone de sédimentation (S), se renouvelant par tranches parallèles successives au fur et à mesure du déplacement de la grille ( 5), l'on répartit le débit d'air de soufflage dans les caissons ( 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e), de manière à créer un écoulement méthodique du combustible de l'avant vers l'arrière du lit fluidisé ( 12), permettant ainsi l'ame- née des cendres dans la zone de sédimentation (S) en vue de leur extraction, et l'on règle le niveau (N) et l'étendue du lit fluidis 6 ( 12) par modification de la position du dit point fixe. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle la vitesse de la grille ( 5), pour un dé- bit de combustible et une teneur en cendres de celui-ci donnés, afin d'obtenir un temps minimal de séjour du combustible dans le lit fluidisé ( 12) pour une combus- tion complète, et une épaisseur de couche fixe de cen- dres prédéterminée. 9 - 3 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle le niveau (N) et l'étendue du lit flui- disé ( 12) en fonction du nombre de caissons ( 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e) mis en service avec un débit suffisant pour provoquer une fluidisation, et de la répartition du dé- bit d'air entre les dits caissons. 4 Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, com- prenant une paroi avant ( 1) sensiblement verticale, mu- nie d'un dispositif ( 4) d'alimentation en combustible sous forme de particules, deux parois lat 6 rales ( 2 et 3), une grille mobile ( 5) inclinée vers le haut de l'avant A l'arrière, ladite grille étant am 6 nag 6 e entre les di- tes parois latérales, à une certaine distance de celles- ci, et une pluralité de caissons ( 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, 9 e) de soufflage d'air dispos 6 S sous la grille, caractéri- sée en ce qu'elle comprend, en outre: des moyens ( 13 a, 13 b, 13 c, 13 d, 13 e) pour maintenir a partir d'un point fixe ( 15) réglable en position, à l'arrière du lit fluidis 6 ( 12), un soufflage insuffi- sant pour provoquer une fluidisation, et pour r 6 partir le débit d'air de soufflage dans les dits caissons de manière à établir un 6 coulement m 6thodique de l'avant vers l'arrière du lit fluidisé ( 12), et des moyens pour régler le niveau (N) et l'6 tendue du lit fluidisé ( 12) par modification de la position du dit point fixe au-del A duquel se produit la sédimenta- tion, l'extraction et le transport des cendres. a