Brevet FR2528532A1 — publié le 19831216

La présente invention concerne un distributeur de fluide qui transporte des solides pulvérulents ou des solides granulaires (par la suite désignés collectivement par "solides pulvérulents"), tels que du charbon pulvérise, du coke pulvé- risé, etc., portés par un gaz porteur tel que de l'air, et qui les répartit uniformément dans un certain nombre de tubulures. Divers systèmes de répartition d'un écoulement de solides pulvérulents entraînés par un gaz porteur dans plusieurs tubulures ont été proposés dans l'art antérieur : (i) un système de répartition de solides pulvérulents dans plusieurs tubulures par l'intermédiaire de tuyaux en forme de Y ou de T qui sont disposés en cascade le long d'un tuyau d'alimentation principal ; (ii) un système utilisant un certain nombre de tubulures prévues sur la paroi latérale d'une chambre de distribution cylindrique, dans laquelle des solides pulvérulents sont acheminés vers le haut en même tempos que de l'air, heurtent la paroi supérieure de la chambre et sont alors déviés radialement pour entrer dans les tubulures ; et (iii) un système dans lequel est formé un lit fluidifié constitué de solides pulvérulents, une partie supérieure du lit fluidifié s'écoulant hors du lit dans des tubulures au moyen d'une série de tuyaux de trop-plein. Toutefois, des systèmes tels que ceux mentionnés en (i) et (ii) ci-dessus utilisent les chocs des solides pulvérulents contre la paroi intérieure de la chambre de distribution ou des tubulures et la réflexion des solides pulvérulents par ces parois intérieures, ce qui a pour conséquence une distribution non uniforme des solides. En outre, non seulement une abrasinn ou érosion considérable de la paroi intérieure est inévitable, mais la chûte de pression est également substantielle. Le système mentionné ci-dessus en (iii) nécessite pour son fonctionnement de solides connaissances, car les conditions de fluidification des solides en poudre varient sensible ment non seulement selon leur nature et la taille des particules, mais également selon leurs états de surface, qui sont parfois grandement modifiés, par les conditions climatiques (humidité, etc.). Un premier but de la présente invention est de fournir un distributeur de fluide qui puisse pallier les inconvélents mentionnés ci-dessus de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est de fournir un distributeur de fluide grâce auquel des solides pulvérulents soient uniformément répartis dans un certain nombre de tubulures sans qu'il en résulte aucune perte substantielle due à l'abrasion dans le dispositif, ni chute de pression du fluide. En résumé, l'invention a pour objet un distributeur de fluide comprenant une portion de tuyau d'entrée raccordée à un tuyau d'alimentation principal, une portion de tuyau divergent, une portion de tuyau rectiligne et un certain nombre de tubulures raccordés à l'extrémité de sortie de la portion de tuyau rectiligne, l'angle de divergence (9) dudit tuyau divergent étant compris entre 8 degrés et 180 degrés, le rapport entre les diamètres intérieurs oes extrémités de sortie (D2) et d'entrée (D1) du tuyau divergent étant égal ou supérieur à 1,3. Selon un aspect de l'invention, la surface de la section de l'extrémité d'entrée du tuyau divergent est assez grande pour permettre au débit moyen du fluide d'être égal ou supérieur au débit minimal de transport des solides pulvérulents, et la longueur (L) du tuyau rectiligne est de 3 à 50 fois supérieure au diamètre p2) de l'extrémité de sortie du tuyau divergent. L'angle de divergence () est de préférence compris entre 20 et 120 degrés, et le rapport entre les diamètres intérieurs des extrémités de sortie et d'entrée du tuyau divergent (dénommé ci-après "rapport de divergence") est de préférence compris entre 2 et 3. Ainsi, selon l'invention, un courant de solides portes par un gaz porteur est amené à diverger dans le tuyau di vergent, de sorte que les solides pulvérulents sont mélangés les UllS avec les autres et sont uniformément dispersés sur l'étendue de la section droite de ce tuyau divergent. Les solides ainsi uniformément dispersés sont acheminés dans le tuyau rectiligne, oll un écoulement des solides pulvérulents est redressé afin de réaliser une concentration uniforme dans la direction radiale. L'écoulement redressé des solides est alors introduit dans une série de tubulures. Il est essentiellement demandé dans un distributeur de fluide d'obtenir une répartition uniforme des solides afin de répartir uniformément les solides pulvérulents portés par un gaz porteur dans le distributeur de fluide. Les solides pulvérulents introduits dans un distributeur de fluide sont parfois dispersés de façon non uniforme c'est-à-dire sous une forme localement concentrée. En fait, la dispersion des soli- des pulvérulents n'est pas uniforme sur toute la section d'un tuyau d'alimentation principal. Ceci est dA au fait que ces solides pulvérulents tendent à se rassembler à cause de la force centrifuge qui leur est appliquée dans les parties courbes du tuyau en amont du tuyau d'alimentation principal. Ceci est le cas à la fois pour les tuyaux disposés horizontalement et pour les tuyaux disposés verticalement. Ainsi, avec le système de distribution de solides pulvérulents conventionnel, une répartition non uniforme des solides pulvérulents, qui tend à apparaître aux coudes de parties recourbées du tuyau d'alimentation principal, demeure même après que ceux-ci aient été introduits dans un distributeur de fluide. Ainsi, selon le systhème conventionnel, les fluctuations du débit des solides pulvérulents atteignent au moins 30 7'o d'une tubulure à l'autre. Cependant, avec le distributeur de fluide de la présente invention, du fait que le diamètre de la partie divergente va en s'élargissant1 c'est-à-dire s'évase de l'extrémité d'entrée de la partie divergente vers son extrémité de sortie, un écoulement turbulent et/ou un écoulement tourbillonnant des solides pulvérulents est engendré lors de leur entrée dans le tuyau divergent, de sorte que les solides pulvérulents entras nés par un gaz porteur sont mélallgés les uns avec les autres afin de permettre une répartition uniforme. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description ci-dessous d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté aux dessinus annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en perspective d'un distributeur de fluide selon l'invention, - la Fig. 2 est un graphique montrant la relation entre l'écart du débit dtécoulement des solides pulvérulents à partir d'une valeur prédéterminée, et l'angle de divergence (#), - la Fig. 3 est également un graphique montrant la relation entre l'écart du débit d'écoulement des solides pulvérulents et la longueur (L) de la portion de tuyau rectiligne, et - la Fig. 4 est un graphique obtenu en faisant figurer les écarts du débit d'écoulement par rapport à la valeur attendue pour chacune de six tubulures (en pourcentage). La figure 1 est une vue en perspective dtun distributeur de fluide 1 selon la présente invention, qui comprend un tuyau d'entrée 2, une portion de tuyau divergente 3 raccordée au tuyau d'entrée 2, une portion de tuyau rectiligne 4 et un certain nombre de tubulures 5. Le tuyau divergent de cette invention est raccordé au tuyau d'entrée 2 par l'intermédiaire d'un raccord à brides 6. Le tuyau d'entrée 2 est à son tour raccordé à un tuyau d'alimentation principal (non représenté) par l'intermédiaire d'un raccord à brides approprié (non représenté > . Les tubulures 5 sont ouvertes en direction du raccord à brides ô et sont fixes i l'extrémité du tuyau rectiligne 4 au moyen d'un autre raccord à brides 7, monté sur une extrémité 8 du tuyau rectiligne. Comme déjà mentionné, selon l'invention, l'angle de divergence du tuyau divergent est compris entre 80 et 180 degrés. Le rapport de divergence (D2/D1) est égal ou supérieur à 1,3. De préférence, l'angle de divergence est compris entre 20 et 120 degrés, et le rapport de divergence est de 2 à 3. Les raisons pour lesquelles 11 angle de divergence et le rapport de divergence sont définis de la manière ci-dessus seront expliquées plus en détail. Lorsque l'angle est faible, il est nécessaire d'augmenter la longueur du tuyau divergent, afin de conserver une surface transversale assez grande pour installer un nombre donné de tubulures. Ceci est désavantageux du point de vue de l'utilisation de l'espace. En outre, lors d'un fonctionnement normal, pour lequel la vitesse du gaz porteur est de l'ordre de 5 å 50 m/s, la formation d'écoulements turbulents et tourbillonnants disparaît lorsque l'angle de divergence est inférieur à 8 degrés, ce qui entraîne un mélange moins efficace des solides pulvérulents. D'autre part, lorsque l'angle est supérieur à 180 degrés, le distributeur a une forme complexe, et les résultats procurés par l'emploi d'un tuyau divergent restent sensiblement identiques à ceux obtenus pour un angle de 180 degrés. On notera que, lorsque l'angle de divergence est égal ou supérieur à 150 degrés, l'abrasion de l'extrémité d'entrée du tuyau divergent par les solides pulvérulents est relativement importante. C'est pourquoi l'angle de divergence est de préférence compris entre 20 et 120 degrés. En outre, le rapport de divergence est défini comme étant supérieur ou égal à 1,3, de préférence de 2 à 3 car, comme cela est déja connu, lorsque le rapport de divergence est inférieur à 1,3, la chute de pression dans les réducteurs ou autres, disponibles dans le commerce, est notablement réduite pour de l'air ou de l'eau, et aucun mélange substantiel nta lieu. De préférence, le rapport est ramené à une valeur compris se entre 2 et 3, afin d'obtenir un mélange plus efficace des solides pulverulents. Pour les raisons mentionnées plus haut, l'angle de divergence est défini comme étant compris entre 8 et 190 degrés, de façon préférée entre 20 et 120 degrés, et le rapport de divergence est défini comme étant égal ou supérieur à 1,3, de préférence compris entre 2 et 3. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, le diamètre du tuyau divergent est déterminé de façon à ce que le débit moyen des solides pulvérulents soit toujours supérieur au débit final de transport de solides pulvérulents dans un gaz porteur. I1 va de soi que le débit final devra être déterminé de façon expérimentale en considérant la taille réelle des particules et les quantités à déplacer. Le fait de prévoir une portion de tuyau rectiligne en aval du tuyau divergent répartit les solides pulvérulents sur la section transversale du tuyau rectiligne de façon plus uniforme que dans le tuyau divergent. La longueur du tuyau rectiligne est déterminée par la taille des particules, la masse spécifique et la forme des solides pulvérulents, le débit et la pression du gaz porteur, et par d'autres conditions. I1 est généralement approprié d'adopter un tuyau rectiligne ayant une longueur de 3 à 50 fois, et de préférence 10 à 30 fois, supérieure au diamètre (D2) de ltextrémité de sortie du tuyau divergent. Ceci est dû au fait qu'il est avantageux de prévoir un tuyau rectiligne dont la longueur est au moins trois fois supérieure au diamètre de cette extrémité de sortie du tuyau divergent, afin de rendre la concentration de solides uniforme sur toute inétendue de la section transversale du tuyau rectiligne. Lorsque la longueur du tuyau rectiligne est plus de 50 fois supérieure au diamètre, alors les solides pulvérulents, en particulier dans le cas de particules ayant un petit diamètre, une fois dispersés, tendent parfois à converger les uns avec les autres, ce qui a pour conséquence une répartition moins uniforme des solides après qu'ils aient traversé le tuyau rectiligne. Ainsi, selon l'invention, les solides pulvérulents amenés i travers un tuyau d'alimentation principal sont introduits dans le tuyau d'entrée, puis dans le tuyau divergent, où a ils sont écartés et nélangés les uns avec les autres. Par suite, les solides ainsi mélangés sont sous une forme fluide, et forment une couche fluidifiée uniforme de solides à l'intérieur du tuyau rectiligne, dans lequel la concentration de tels solides est sensiblement la même sur toute sa section transversale, et sont alors uniformément répartis dans un certain nombre de tubulures ouvertes vers le tuyau rectiligne. L'invention est décrite ci-dessous plus en détail en référence à des exemples pratiques, dans lesquels du charbon pulvérisé et du coke pulvérisé ont été utilisés comme solides pulvérulents. l PLE 1 Cet essai a été effectué afin de déterminer les valeurs critiques de l'angle de divergence tel que défini dans l'invention. La figure 2 montre des données expérimentales obtenues à partir d'une série d'expériences effectuées au moyen du distributeur de fluide représenté sur la figure 1. La figure 2 montre la relation entre l'angle de divergence du tuyau divergent et les écarts de répartition de l'écoulement (en ';o et en valeur absolue) pour un distributeur de fluide dans lequel le diamètre du tuyau d'entrée était de 41,5 mm, le diamètre de l'extrémité de sortie du tuyau divergent 3 était de 80 mm, le rapport de divergence était égal à 2, l'angle de divergence a varié entre 3 degrés et 210 degrés grace à des modifications de la longueur du tuyau divergent. La longueur du tuyau rectiligne 4 etait de 1 300 mm. Six tubulures de distribution ayant un diamètre de 20 mm étaient installées i l'extrémité extérieure du tuyau rectiligne. Les solides pulvérulents utilisés é- taient du charbon pulvérisé dont la taille moyenne de particules était de 70 fm, et le gaz porteur était de l'azote dont le 2 débit était de 5 Nm /min (2 Kg/cm -G > . Les écarts de répartition de l'écoulement ont été calculés selon l'équation suivante Ecart de répartition de l'écoulement (r) = (Ecart à partir de la moyenne) / (Moyenne) x 100. I1 apparaît sur la figure 2 que, pour une longueur donnée du tuyau rectiligne, l'écart de répartition a varié avec les modifications de l'angle de divergence. L'écart de répartition de l'écoulement est supérieur à 10 -, lorsque l'angle de divergence est inférieur à 8 degrés. Il diminue cependant pour prendre une valeur constante faible, par exemple 5 X, lorsque l'angle de divergence a dépassé 8 degrés. En outre, l'écart de répartition de l'écoulement a été déterminé en faisant varier la longueur du tuyau rectiligne, dans les mêmes conditions que ci-dessus. L'angle de divergence du tuyau utilisé était de 30 degrés, et le diamètre de l'extrémité de sortie du tuyau divergent était de 80 mm, c'està-dire que le rapport de divergence était égal à 2. Les résultats des essais sont résumés sur la figure 3. I1 apparaît à partir des données qui y sont représentées que l'écart de répartition diminue à partir du point où la longueur du tuyau rectiligne est de 0,24 m, et en particulier après le point où sa longueur est de 0,85 m. En conséquence, la longueur du tuyau rectiligne est 3 fois supérieure, de préférence 10 fois supérieure au diamètre de ltextrémité de sortie de la partie divergente. D'autre part, il est souhaitable que le distributeur de l'invention soit aussi petit ou compact que possible. En outre, lorsque le tuyau rectiligne est si long que les solides une fois dispersés tendent parfois à converger les uns vers les autres, ceci a pour conséquence une distribution moins uniforme de ceux-ci. C'est pourquoi la longueur du tuyau rectiligne est ramenée à une valeur inférieure 50 fois, de préférence 30 fois, le diamètre de ltextrémité de sortie de la partie divergente. Ainsi, selon l'invention, la longueur du tuyau rectiligne est définie comme étant de 3 à 50 fois supérieure, de préférence 10 à 30 fois supérieure, au diamètre de l'extrémité de sortie de la partie divergente. EXEMPLE 2 Dans cet exemple a été utilisé le distributeur représenté sur la figure 1. Les dimensions du distributeur et les conditions du transport sont résumées ci-dessous. Les résultats des essais concernant la répartition de solides pulvérulents dans un certain nombre de tubulures sont représentés sur le graphique de la figure 4. 1. Dimensions Tuyau d'entrée : 41,5 mm (diamètre intérieur) Tuyau divergent : 41,5 mm x 80 mm 2 (Rapport de divergence) 30 degrés (Angle de divergence) Tuyau rectiligne : 80mm (diamètre intérieur) x 1300 mm (longueur) Tubulures : 20 mm (diamètre intérieur x 6 tuyaux II. Conditions de transports Poudre Azote Débit Particule moyenne Débit Pression t/H taille m (Nm3/m) (kg/cm2) Charbon 3,5 55 5 2 Coke 5,0 230 10 2 Comme le montre la figure 4, l'écart de répartition de l'écoulement était de l'ordre de + 5% pour du charbon pul+ vêrisé (représenté par le symbole "O") et entre - 27o pour du coke pulvérisé (représenté par le symbole " b") L'écart de répartition était donc très faible. Cela signifie qu'une ré- partition sensiblement uniforme a été obtenue à l'aide du distributeur de l'invention. Ce faible écart doit être comparé aux 30 ca minimum d'un système de distribution conventionnel. L'invention a été décrite en détail en référence à quelques rormes de réalisation préférées de celle-ci. L'home de l'art comprendra facilement à partir de ce qui précède que le distributeur de l'invention peut procurer une concentration uniforme de solides pulvérulents sur toute l'étendue du distributeur, ce qui a pour conséquence une meilleure uniformité de la distribution des solides pulvérulents. En outre, le transport des solides pulvérulents est effectué selon une direction rectiligne, et la direction de progression des solides pulvérulents ntest pas modifiée, ce qui a pour conséquences une perte de charge plus faible et une abrasion moindre de la paroi intérieure du distributeur. R E V E rr D I C A T I O N s 1 - Distributeur de fluide caractérisé en ce qu'il comporte un tuyau d'entrée (2) raccordé à un tuyau d'alimen- tation principal, un tuyau divergent (3), un tuyau rectiligne (4), et un certain nombre de tubulures (5) raccordées à ltex- extrémité de sortie du tuyau rectiligne, l'angle de divergence (-) du tuyau divergent étant compris entre 8 et 1SO degrés, et le rapport entre les diamevtres intérieurs de l'extrémité de sortie du tuyau divergent (l)2) et de son extrémité d'entrée (D1) étant égal ou supérieur à 1,3. 2 - Distributeur de fluide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle de divergence (X) est compris entre 200 et 120 degrés. 3 - Distributeur de fluide selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rappqrt entre les diamètres intérieurs des extrémités de sortie (D2) et d'entrée (D1) du tuyau divergent (3) est compris entre 2 et 3. 4 - Distributeur de fluide selon l'une des revendications 1 a 3, caractérise en ce cisela surface de la section transversale du tuyau divergent (3) est assez grande pour permettre au débit moyen du fluide d'autre égal ou supérieur au débit minimal d'entraSnement des solides pulvérulents. 5 - Distributeur de fluide selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la longueur (L) du tuyau rectiligne (4) est de 3 à 50 fois supérieure au diamètre (D2) de l'extrémité de sortie du tuyau divergent (3). ô - Distributeur de fluide selon la revendication 5, caractérisé en ce que la longueur (L) du tuyau rectiligne (4) est de 10 a 30 fois supérieure au diamètre (D2) de l'extromite de sortie du tuyau divergent (3).