Brevet FR2525325A1 — publié le 19831021

La présente invention concerne un système de combustion à lit fluidisé pour four ou chaudière ou similaire. On a représenté schématiquement en figure I un système de combustion de l'art antérieur dans lequel un lit fluidisé (c) de particules solides est produit et maintenu par de l'air intro- duit dans la cuve par un tube d'arrivée d'air (a) et distribué au travers d'un distributeur de gaz (b) ayant la forme d'une plaque perforée ou d'un ensemble de tubes distributeurs de gaz. Du combustible, amené par des tubes (d) pour combustible, est distribué au travvrs du distributeur (d) de gaz dans le lit fluidisé (c) puis brûlé. Le système de combustion à lit fluidisé de l'art anté- rieur du type décrit ci-dessus présente l'inconvénient de néces- siter un temps relativement long pour obtenir le mélange de com- bustion (air-combustible) de sorte qu'il est difficile d'attein- dre la totalité, ou 100 % de combustion du combustible dans le lit fluidisé (c). Ceci a pour conséquence d'étendre la zone de combus- tion au-dessus du lit fluidisé (c) jusque dans la zone libre (e) d'o impossibilité d'atteindre une transmission suffisante de la chaleur, produite par la combustion, aux particules solides du lit fluidisé. Par conséquent, le lit fluidisé (c) ne peut atteindre la haute température nécessaire, de sorte que la chaleur émise par radiation par les particules solides du lit fluidisé (c) et la capacité par contact ou par transmission directe sont inévi- tablement diminuées, ainsi les particules solides du lit fluidi- sé (c) ne peuvent être chauffées suffisemment et la combustion complète ne peut être atteinte. En outre, si on réduit la quantité de combustible pen- dant qu'on maintient la quantité d'air à une valeur constante, pour faire varier la charge, le mélange entre l'air et le com- bustible se dégrade, de sorte qu'il est difficile de brûler le combustible à l'intérieur du lit fluidisé (c) d'une hauteur prédéterminée Par conséquent il est difficile de faire varier la charge suivant une large bande de valeurs. La présente invention propose donc de résoudre les problèmes précédents ainsi que d'autres problèmes, rencontrés dans les systèmes de combustion à lit fluidisé de l'art antérieur, et a pour objet de proposer un nouveau système de combustion à 2 2525325 lit fluidisé dans lequel une pluralité de tubes de distribution de gaz sont disposés dans le fond de la paroi du four ou de la chambre de combustion, chaque tube de distribution de gaz com- muniquant avec une conduite d'arrivée d'air munie d'une soupape de contrôle du flux d'air, et une conduite d'amenée de combus- tible munie d'une soupape de contrôle du flux de combustible, de façon à mélanger l'air et le combustible admis dans le tube de distribution de gaz, et le mélange de combustion qui en résul- te est injecté ou vaporisé dans le lit fluidisé au travers d'ori- fices d'injection du tube de distribution de gaz, voisins du fond du lit fluidisé, ce qui permet d'augmenter beaucoup l'effi- cacité de la combustion, et de contrôler la combustion sur une large plage de valeurs et donc de l'optimiser en fonction d'une charge. Conformément à l'invention le système de combustion à lit fluidisé est caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de tubes de distribution de gaz disposés dans le fond de la pa- roi d'un four ou d'une chambre de combustion, et s'étendant au travers du fond de la dite paroi du four, ou de chambre de com- bustion, vers un lit fluidisé formé dans la dite paroi de four ou de chambre de combustion, chacun des dits tubes de distribu- tion de gaz comportant une pluralité d'orifices d'injection si- tués dans le voisinage du fond du dit lit fluidisé, chacun des dits tubes de distribution de gaz ayant son extrémité basse, s'entendant en dehors de la dite paroi de four ou de chambre de combustion, qui communique avec une conduite d'amenée d'air par une soupape de contrôle du flux d'air et avec une conduite d'amenée du combustible par une soupape de contrôle du flux de combustible. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après de modes de réalisation préférés, faite en référence aux figures annexées. La figure I est une vue schématique d'un système de combustion à lit fluidisé de l'art antérieur. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale ou ver- ticale d'un mode de réalisation préféré d'un système de combus- tion à lit fluidisé conforme à la présente invention. La figure 3 est une section axiale d'un tube de dis- tribution de gaz utilisé dans la présente invention. La figure 4 est une section axiale d'une variante de tube de distribution de gaz utilisé dans la présente invention. Selon la figure 2, une quantité de particules solides ( 1) formant un lit fluidisé ( 2) est chargée dans le fond d'une cuve ( 3) de réaction ou de combustion Une pluralité de tubes de distribution ( 4), s'étendent dans le lit fluidisé ( 2), et traversent le fond de la cuve de réaction, et sont séparés les uns des autres par une distance prédéterminée Chaque tube de distribution ( 4) de gaz est muni à son extrémité supérieure, d'une pluralité d'orifices d'injection ( 5), disposés selon une répar- tition angulaire régulière, dirigés radialement et horizontalement vers l'extérieur, et situés plus près du fond que du haut du lit fluidisé. L'extrémité inférieure du tube de distribution ( 4) est reliée à une conduite d'amenée ( 7) du combustible, par une sou- pape de contrôle ( 6) du flux de combustible et à la conduite d'a- menée ( 9) de l'air par une soupape de contrôle ( 8) du flux d'air, de façon à introduire et à mélanger le combustible et l'air en- semble dans le tube de distribution ( 4) du gaz Le mélange de combustion (air-combustible) est injecté dans le lit fluidisé ( 2) par les orifices d'injection ( 5) Une pièce, telle que de l'acier ( 11) à chauffer est disposée dans la partie haute d'une zone libre ( 10) de la cuve ( 3) du four. On décrit maintenant à l'aide de la figure 3 la cons- truction du tube de distribution ( 4) de gaz Le tube de distri- bution ( 4)de gaz comprend en général une partie de tube d'in- jection ( 12) interne qui est disposée à l'intérieur du lit fluidisé ( 2) dans la paroi du four, et une partie de tube de mélange ( 13) qui est disposée à l'extérieur de la paroi du four et reliée à la partie de tube d'injection ( 12) par un manchon de raccordement ou élément ( 15) qui est monté de façon étanche aux gaz au travers du fond ( 14) de la paroi du four Les parties interne et externe ( 12) et ( 13) du tube de mélange peuvent être vissées dans le manchon ou élément ( 15) Le haut de la partie interne ( 12) du tube est fermé et présente une pluralité d'ori- ficesd'injectiofi ( 5) du mélange de combustion, disposés selon une répartition angulaire régulière, et dirigés radialement et horizontalement vers l'extérieur, et dans le voisinage de la partie haute. La partie ( 13) extérieure du tube de mélange présente dans le voisinage de sa partie basse,un orifice ( 16) d'admission 4 2525325 d'air s'étendant radialement vers l'extérieur, relié à la con- duite ( 9) d'amenée d'air de façon à introduire l'air de combus- tion dans la partie ( 13) externe du tube de mélange et selon une direction radiale. Un tube d'injection de combustible ( 18) muni d'une colerette ( 18 a) est fixé de façon détachable à la partié basse du tube extérieur du mélange ( 13), et communique avec la conduite d'amenée ( 7) du combustible Plus particulièrement un filetage interne ( 18 b) de la colerette ( 18 a) du tube d'injection ( 18) du combustible coopère avec un filetage externe ( 19) de l'extrémité basse de la partie ( 13) du tube de mélange et le tube d'injection ( 18) du combustible s'étend sensiblement coaxialement à l'inté- rieur de la partie ( 13) extérieure du tube de mélange, et dépasse l'ouverture de l'injecteur d'une hauteur prédéterminee. Un orifice d'injection ( 17) s'ouvre à la partie haute du tube d'injection ( 18) du combustible Ainsi le combustible tra- verse la conduite d'amenée ( 7) du combustible et le-tube d'injec- tion ( 18) du combustible puis est vaporisé par l'orifice d'injec- tion ( 17) du combustible ensuite mélangé avec l'air de combustion introduit par la conduite d'amenée ( 9) de l'air et par l'orifice d'injection ( 16) de l'air Le mélange de combustion ainsi prépa- ré s'écoule vers le haut et dans la partie ( 12) intérieure du tube d'injection, et il est vaporisé au travers des orifices d'injection ( 5), vers le lit fluidisé ( 2). On décrit ci-après, en référence à la figure 4, une variante du tube de distribution de gaz utilisé dans la présente invention. Le tube de distribution de gaz ( 4) comprend en général une partie ( 21) du tube extérieure et une partie ( 22) intérieure de tube d'injection de combustible. L'orifice ( 16) d'injection d'air s'étend radialement, vers l'extérieur de la partie ( 21) externe du tube et communique avec la conduite d'amenée d'air ( 9), une pluralité d'injecteurs ( 20) de mélange de combustion, disposés selon une répartition angulaire régulière, chacun servant à alimenter un orifice d'injection ( 5), s'étendent radialement, vers l'extérieur de la partie ( 21) extérieure du tube et dans le voisinage de son extrémité supérieure. La partie intérieure ( 22) ou tube d'injection du com- bustible traverse le fond de la partie extérieure ( 21) du tube et s'étend à l'intérieur de façon coaxiale, son extrémité supé- rieure est reliée à l'extrémité haute fermée de la partie ( 21) extérieure du tube. L'extrémité basse de la partie ( 22) du tube intérieur ou tube d'injection de combustible communique avec la conduite d'amenée ( 7) de combustible, et une pluralité d'orifices ( 17) d'injection de combustible traverse la paroi de la partie ( 22) du tube intérieur ou tube d'injection de combustible dans le voisinage de son extrémité supérieure, en vis à vis des injec- teurs ( 20) de la partie ( 21) du tube extérieur Ainsi le combus- tible vaporisé au travers des orifices d'injection ( 17) du combus- tible, est mélangé avec l'air de combustion amené, au travers des orifices d'injection d'air ( 16), dans la partie ( 21) du tube ex- térieur et le mélange ainsi préparé d'air et de combustible est vaporisé dans le lit fluidisé ( 2) au travers des orifices d'in- jection ( 5). Conformément à la présente invention et ainsi que cela a été décrit cidessus, l'air amené par la conduite ( 9) d'amenée d'air, et le combustible amené par le conduite ( 7) d'alimentation en combustible sont mélangés convenablement dans le tube de dis- tribution de gaz ( 4) puis vaporisés dans le lit fluidisé ( 2) au travers des trous d'injection ( 5), de façon à fluidiser suffisam- ment les particules solides du lit fluidisé ( 2) et à brûler le mé- lange de combustion par la chaleur provenant des particules soli- des portées à haute température Les particules solides du lit fluidisé ( 2) sont à leur tour chauffées par les produits de la combustion tandis que ces derniers traversent-le lit ( 2). Pendant que l'air et le combustible sont prémélangés, une combustion douce et efficace du combustible est établie de façon à ne pas produire de combustion dans la zone libre ( 10), par conséquent la chaleur libérée par la combustion du combus- tible est efficacement communiquée aux particules solides du lit fluidisé ( 2) Ainsi la radiation de chaleur peut être encore augmentée En outre, la hauteur du lit fluidisé ( 2) peut être diminuée De plus, tandis que la combustion est portée efficace- ment vers l'extérieur du lit fluidisé ( 2), une combustion locale ou partielle peut être bien régulée en contrôlant la proportion d'air et de combustible dans le tube de distribution ( 4) du gaz de façon à pouvoir faire varier la charge suivant une large plage de valeurs. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus et des modifications peuvent être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. Par exemple, le modèle, la construction et l'emplace- ment des tubes de distribution de gaz peuvent varier sans sortir du cadre de la présente invention. On a d'ailleurs décrit la présente invention appliquée au chauffage d'une pièce d'acier ( 11), (voir en figure 2), mais le système de combustion à lit fluidisé de la présente invention peut également être appliqué à un incinérateur pour brûler des déchets, ou à une chaudière par exemple. Les avantages et effets de la présente invention sont entre autres: 1 l'air de combustion et le combustible sont mélangés à l'intérieur des tubes de distribution de gaz puis injectés dans le lit fluidisé de façon à maintenir le lit fluidisé et à brûler le mélange de combustion à l'intérieur du lit fluidisé. En conséquence la vitesse de combustion est rapide et on assure __ une combustion totale même dans un lit fluidisé de faible hauteur et de façon à transmettre efficacement la chaleur de combustion aux particules solides du lit fluidisé. 2 Puisque la combustion est portée vers l'extérieur du lit fluidisé de faible hauteur, le débit nécessaire pour charger l'air de fluidisation et de combustion dans le four, peut être diminué. 3 Une pluralité de tubes de distribution de gaz sont prévus et peuvent être contrôlés individuellement de façon à atteindre une combustion optimum. En plus une partie des tubes de distribution peut être sélectivement déconnectée de façon à porter la combustion hors d'une partie prédéterminée du lit fluidisé, et ainsi on peut faire varier la charge sur une large plage de valeurs. 4 Les particules solides chauffées dans le lit flui- disé à de hautes températures font démarrer la combustion du mélange d'air et de combustible de façon à brûler totalement et de manière stable même les combustibles à faible valeur calori- fique. REVENDICATIONS. 1 Système de combustion à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de tubes de distribution de gaz ( 4) disposés dans le fond de la paroi d'un four ou d'une chambre de combustion, et s'étendant au travers du fond de la dite paroi du four, ou de chambre de combustion, vers un lit fluidisé formé dans la dite paroi de four ou de chambre de combustion, chacun des dits tubes de distribution de gaz ( 4) comportant une pluralité d'orifices d'injection ( 5) situés dans le voisinage du fond du dit lit fluidisé, chacun des dits tubes de distribution de gaz ayant son extrémité basse, s'entendant en dehors de la dite paroi de four ou de chambre de combustion, en communication avec une conduite d'amenée d'air ( 9) par une soupape de contrôle du flux d'air ( 8) et avec une conduite d'amenée du combustible ( 7) par une soupape de contrôle du flux de combustible ( 6) par o l'air et le combustible amenés dans les tubes de distribution du gaz sont mélangés puis injectés et vaporisés dans le lit fluidisé au travers des dits orifices d'injection. 2 Système de combustion à lit fluidisé selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que les dits orifices d'injection de chaque tube de distribution de gaz ( 4) est dirigé radialement et horizontalement vers l'extérieur. 3 Système de combustion à lit fluidisé selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que, dans chacun des dits tubes de distribution, le combustible est amené à l'intérieur d'un flux d'air formé à l'intérieur du tube de distribution de gaz pour mélanger l'air et le combustible. 4 Système de combustion à lit fluidisé selon la revendi- cation 2, caractérisé en ce que, dans chacun des tubes de dis- tribution de gaz, le combustible est amrené à l'intérieur d'un flux d'air formé à l'intérieur du tube de distribution de gaz pour mélanger l'air et le combustible.