Brevet FR2537711A1 — publié le 19840615

La présente invention a pour objet un échangeur pour le traitement thermique de matières pulvérulentes au moyen de gaz du type constitué par une série de séparateurs reliés entre eux par des conduites de telle sorte que les gaz traversent successivement tous les-séparateurs, les particules de matière à traiter étant introduites dans le dernier séparateur, en considérant le sens de circulation des gaz, en suspension dans les gaz entrant dans celui-ci, puis séparées du courant gazeux et introduites,de la même manière, dans le séparateur précédent, ces opérations étant répétées autant de fois qu'il y a de séparateurs de façon à réaliser un échange thermique à contre-courant. Dans les échangeurs connus de ce type les sépara- teurs sont constitués par des cyclones à axe vertical qui ont une grande hauteur Comme les cyclones sont généra- lement superposés pour permettre l'écoulement par gravité de la matière à traiter d'un cyclone au précédent, la hauteur totale de ces échangeurs est importante et le coût de la charpente ou du bâtiment utilisé pour les sup- porter est élevé. Par ailleurs, les cyclones classiques créent sur le circuit des gaz des pertes de charges élevées et néces- sitent des installations de ventilation puissantes et, par conséquence,coûteuses et consommant beaucoup d'énergie. Le but de la présente invention est de remédier à ces inconvénients et plus particulièrement d'abaisser le coût du génie civil nécessaire pour l'implantation d'un échangeur de ce type et de diminuer les frais d'investis- sement et de consommation de l'installation de ventilation qui l'équipe. L'échangeur objet de l'invention est caractérisé en ce que l'un au moins des séparateurs comporte un corps cylindrique, à axe horizontal, et est muni de deux entrées ou sorties à ses extrémités et d'un sortie ou d'une entrée à mi-longueur, les conduites reliant les séparateurs entre eux aboutissant à ou partant de ces entrées et smrties et étant raccordées tangentiellement audit corps cylindri- que, et une trémie raccordée à la partie inférieure dudit -2- corps pour recueillir les particules de matière à traiter séparées du courant gazeux, la pointe de cette trémie étant reliée par une tuyauterie à la conduite ou aux con- duites reliées à l'entrée ou aux entrées du séparateur pré- cédent Un séparateur ainsi conçu a une hauteur plus faible et présente une perte de charge moins élevée que les cyclones classiques à axe vertical. Suivant un mode de réalisation préféré, les sépa- rateurs sont superposés et ceux munis de deux entrées à leurs extrémités et d'une sortie médiane alternent avec ceux munis d'une entrée médiane et de deux sorties à leurs extrémités Les séparateurs sont disposés alternativement d'un côté et de l'autre d'un plan vertical parallèle à leurs axes Les conduites reliant les séparateurs entre eux peuvent être verticales ou inclinées Cette dernière disposition permet encore de réduire la hauteur de l'é- changeur. Les séparateurs munis d'une entrée médiane et de deux sorties à leurs extrémités peuvent comporter deux trémies pour recueillir les particules séparées des deux courants gazeux se déplaçant de l'entrée vers les sorties, la pointe de chaque trémie étant reliée à l'une des con- duite amenant les gaz aux deux entrées du séparateur pré- cédent. L'échangeur objet de l'invention peut être autoporteur ou supporté par une charpente ou un bâtiment en forme de tour. La description qui suit se réfère aux dessins l'ac- compagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, deux modes de réalisation de l'invention et sur lesquels La figure 1 est une vue en élévation d'un échangeur conforme à l'invention; La figure 2 est une vue en coupe verticale, suivant 2-2, de l'échangeur de la figure 1 La figure 3 est une vue en élévation d'une variante de réalisation de l'échangeur; et La figure 4 est une vue en coupe verticale, suivant 4-4, de l'échangeur de la figure 3. 3 - L'échangeur représenté sur les figures 1 et 2 est constitué par une série de séparateurs 1, 2, 3, 4, 5 et 5 ' superposés et reliés entre eux par des conduites verti- cales 6, 6 ', 7, 8, 8 ' et 9 Le cyclone 1 est relié par une conduite 10 à un foyer ou un four 12. Les séparateurs 5 et 5 ' sont des cyclones à axe vertical de construction classique et couramment utilisés dans ce type d'échangeur. Les échangeurs 1 à 4 sont pratiquement tous iden- tiques et comportent un corps cylindrique, à axe hori- zontal, à la partie inférieure duquel sont raccordées une ou deux trémies en forme de pyramide inversée Ils compor- tent à leurs extrémités et à mi-longueur des ouvertures auxquelles aboutissent les conduites de liaison 6 à 10 ces ouvertures sont situées sur un même côté du corps du séparateur et les conduites de liaison sont raccordées tangentiellement à ce dernier. Les gaz chargés des particules de la matière à traiter entrent tangentiellement dans les séparateurs, à leurs extrémités ou en leur milieu, et décrivent un trajet en spirale jusqu'aux ouvertures de sortie situées au milieu du séparateur ou à ses extrémités Les particules sont projetées surla paroi du séparateur par la force centrifuge, glissent le long de la paroi, sous l'action de la pesanteur, et tombent au fond des trémies situées à la partie inférieure des séparateurs. Les pointes des trémies des séparateurs 2, 3 et 4 sont reliées par des tuyauteries 14, 16, 16 ' et 18 aux conduites 10, 6, 6 ' et 7 respectivement La pointe de la trémie du séparateur 1 est reliée par une tuyauterie 20 à un appareil de traitement ultérieur, tel qu'un four 12. Des tuyauteries 22 et 22 ' relient les pointes des cyclones et 5 ' aux conduites 8 et 8 ', respectivement. Dans l'exemple représenté, les séparateurs 1 à 4 sont disposés alternativement d'un côté et de l'autre d'un plan vertical parallèle à l'axe des séparateurs et contenant l'axe commun des conduites 7, 9 et 10 qui sont alignées et les axes des conduites 6, 6 ', 8 et 8 '; cette disposition n'est pas obligatoire Le nombre de séparateurs pourrait aussi être différent de quatre. Pour expliquer le fonctionnement de l'échangeur, nn supposera qu'il s'agit d'un préchauffeur destiné à ré- chauffer des matières solides pulvérulentes au moyen des fumées d'un four 12 o ces matières subissent un traite- ment ultérieur. Les fumées sortant du four sont amenées par la conduite 10 au séparateur 1, traversent ce dernier, puis circulent successivement dans les conduites 6 et 6 ', le séparateur 2, la conduite 7, le séparateur 3, les con- duites 8 et 8 ', le séparateur-4, la conduite 9 et les cyclones 5 et 5 ' La sortie des cyclones 5 et 5 ' est reliée à l'aspiration d'un ventilateur de tirage-, non représenté, qui assure la circulation des fumées dans le four et dans l'échangeur. La matière à traiter est introduite en A dans la conduite 9, entraînée par les fumées qui y circulent et transportée en suspension jusqu'aux cyclones 5 et 5 ' Dans ces cyclones, les particules de la matière à traiter sont séparées du courant gazeux, tombent au fond du cyclone et sont amenées par les tuyauteries 22 et 22 ' dans les conduites 8 et 8 ' Les fumées circulant dans ces conduites entrai- pent les particules jusqu'au séparateur 4 Comme on l'a expliqué plus haut, les deux courants de fumées contenant les particules en suspension circulent en spirale dans le séparateur depuis ses extrémités, o se trouvent les deux orifices d'entrée, jusqu'en son milieu o se trouve l'ori- fice de sortie Au cours de ce déplacement, les particules soumises à l'action de la force centrifuge sont projetées sur la paroi, glissent sur celle-ci et tombent dans la trémie constituant la partie inférieure du séparateur de là, les particules sont amenées par la tuyauterie 18 dans la conduite 7. Dans le séparateur 3, o les particules sont entraiiées par les fumées circulant dans la conduite 7, le même phénomène se produit, à ceci près que les fumées se divisent en deux courants à leur entrée dans le 253771 1 -5- séparateur et circulent du milieu vers les extrémités de celui-ci Les particules séparées, sous l'action de la force centrifuge, de chacun de ces courants sont recueil- lies dans les trémies du séparateur et amenées dans les conduites 6 et 6 ' par les tuyauteries 16 et 16 ', respec- tivement On aurait pu utiliser une seule trémie, comme sur les autres séparateurs, mais il aurait alors fallu prévoir, à la sortie de la trémie, un dispositif pour diviser en deux le courant de matière. Les particules de matière à traiter passent ensuite dans le séparateur 2 qui fonctionne comme le séparateur 4, puis dans le séparateur 1, qui fonctionne comme le séparateur 3, et sont enfin introduites dans le four par la tuyauterie 20. Dans les conduites 9, 89 8 ', 7, 6, 6 ' et 10 et dans les séparateurs, du moins sur une partie du trajet, les particules et les fumées circulent dans le même sens, mais en passant d'un séparateur à l'autre elles circulent en sens inverse ce qui permet de réaliser un échange thermique à contre-courant très efficace. L'échangeur représenté sur les figures 3 et 4 ne diffère de celui des figures 1 et 2 que par la disposi- tion des conduites de liaison 106, 106 ', 107, 108, 108 ' et 109 entre les séparateurs 101, 102, 103, 104, 105 et 1051 qui sont inclinées alternativement dans un sens et dans l'autre, au lieu d'être verticales Cette disposi- tion permet de donner à l'échangeur et, par conséquent, à la charpente ou au bâtiment le supportant une hauteur plus réduite et une largeur plus importante Elle est particulièrement intéressante lorsque l'échangeur doit être installé dans une zone o existent des risques de séismes. Il est bien entendu que toutes les modifications qui peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits par l'emploi de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention. 6 - R E V EN D I C A T I O N S 1 Echangeur pour le traitement thermique d'une matière pulvérulente au moyen de gaz constitué par une série de séparateurs ( 1, 2, 3, 4, 5, 5 ', 101, 102, 103, 104, , 105 ') reliés entre eux par des conduites ( 6, 6 ', 7, 8 8 ', 9, 106, 106 ', 107, 108, 108 ', 109) de telle sorte que les gaz traversent successivement tous les séparateurs, les particules de matière à traiter étant introduites dans chaque séparateur en suspension dans le courant de gaz, puis séparés de ce dernier et intro- duites dans le séparateur précédent, en considérant le sens de circulation des gaz, de façon à réaliser un échange thermique à contre- courant, caractérisé en ce que l'un au moins de ces séparateurs ( 1, 2, 3, 4, 101, 102, 103, 104) comporte un corps cylindrique, à axe horizontal, muni de deux entrées ou sorties a ses extrémités et d'une sortie ou d'une entrée à mi-lon- gueur, les conduites ( 6, 6 ', 7, 8, 8 ', 9, 106, 106 ', 107, 108, 108 ', 109) reliant les séparateurs entre eux aboutissant ou partant de ces entrées et sorties et étant raccordées tangentiellement audit corps cylin- drique, et une trémie raccordée à la partie inférieure dudit corps pour recueillir les particules de matière à traiter séparées du courant gazeux, la pointe de cette trémie étant reliée par une tuyauterie à la conduite ( 10, 7, 110, 107) ou aux conduites ( 6, 6 ', 8, 8 ', 106, 106 ', 108, 108 ') reliées à l'entrée ou aux entrées du séparateur précédent. 2 Echangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les séparateurs sont superposés et ceux ( 2, 4, 102, 1 i 04) munis de deux entrées à leurs extrémités et d'une sortie médiane alternent avec ceuz ( 1, 3, 101, 103) munis d'une entrée médiane et de deux sorties à leurs extrémités. 3 Echangeur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les séparateurs sont disposés alternativement d'un côté et de l'autre d'un plan vertical parallèle aux -7- axes des séparateurs. -4 Echangeur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les conduites ( 6, 6 ', 7, 8, 8 ', 9) reliant les séparateurs ( 1, 2, 3, 4, 5, 5 ') entre eux sont verticales. Echangeur selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les conduites ( 106, 106 ', 107, l O 8, 108 ', 109) reliant les séparateurs ( 101, 102, 103, 104, 105, 105 t) entre eux sont inclinés alternativement dans un sens et dans l'autre. 6 Echangeur selon la revendication 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que au moins un des séparateurs ( 3, 103) munis d'une entrée médiane et de deux sorties à leurs extré- mités comporte deux trémies, la pointe de chaque trémie étant reliée à l'une des conduites ( 6, 6 ', 106, 106 ') amenant les gaz aux deux entrées du séparateur précé- dent ( 2, 102).