Brevet FR2539734A1 — publié le 19840727

La présente invention a pour objet de permettre L'extinction des cendres volantes hydrauliques contenant de la chaux anhydre libre d'une manière continue et a l'échelle industrielle. Les difficultés rencontrées par les différents procédés d'extinction, brevetés ou non, procèdent, entre autres, de ce que cette extinction ne peut s'effectuer favorablement qu'a une température comprise entre 100 et 1300 C. Comme, dans la plupart des cas Les cendres ne sont pas délivrées à l'installation d'extinction å cette tempéra- tuerez il faut les réchauffer. Plusieurs moyens ont été proposes Chauffage dans un autoclave dont l'investissement est coûteux et rend impossible L'extinction en régime continu. Extinction dans un réacteur' à double paroi dont l'interparoi contient un fluide chauffé par récupération de La chaleur de réaction de l'extinction. Les inconvén-ients sont identiques à ceux du procédé autocLave. Utilisation de La vapeur produite par La réaction d'extinction pour venir baigner Les cendres à préchauffer. Là encore, le régime continu ne peut etre obtenu. La présente invention prétend ameiore;r Les procédés connus en réaLisant, en continu, te prèchauffage de la cendre dans le memerèacteur que celui où s' opérera, en continu, L'extinction des cendres - on fait transférer dans ce reacteur les cendres à traiter depuis une extrémité du dit réacteur jusqu a une autre extrémité avec introduction d'eau sous pression et haute température dans une zône médiane du réac- teur (plus éloignée de la sortie du réacteur que de l'entrée) caractérisé en ce que l'on conforme le réacteur en deux compartiments Longitudinalement adjacents avec passage de la cendre d'un compartiment à 18autre, Les compartiments dits compartiment amont et compartiment aval étant séparés par une cloison en matériau thermiquement conducteur. Les cendres à traiter sont introduites dans le réacteur où elles sont préchauffées, éteintes et "mûries". Ce réacteur fonctionne à une pression de plusieurs bars. En se référant aux dessins on peut voir que le réacteur 101, selon l'invention comporte 2 compartiments : l'un dit compartiment amont 103, l'autre dit compartiment aval 102. Ces deux compartiments communiquent par un passage 106. Chaque compartiment est le Logement d'une vis d'Archimède à arbre creux. 103 reçoit la vis 105, 102 La vis 104. Les deux compartiments de forme semi-cylindrique sont à double paroi et ont leurs deux axes parallèles dans un plan horizontal, ces axes étant Les axes respectifs des vis d'Archimède logées dans les compartiments. Deux sas : L'un d'alimentation 108, L'autre d'éva cation 109 permettent L'introduction et L'extraction de La cendre dans et du réacteur. La cendre pénètre par La vanne d'alimentation 107 du sas 108 et, grâce à une paroi déflecteur 142, scoute dans 103 dans Le sens 128 - > 126 et dans 102 dans le sens 124 -D 122. La cendre est évacuée par la vanne d'évacuation 110 du sas 109. Arrivée sous tes buses ?11 d'injection de L'eau d~'ex- extinction La cendre reçoit une quantité d'eau supérieure à La quantité stoechiométrique nécessaire à La satisfaction de ta réaction CaO + H20 - > Ca. (OH) 2 + Q. Q représentant La quantité de chaleur dégagée par la réaction. La quantité d'eau exédentaire se trouve vaporisée sous L'effet de La chaleur de réaction jusqu'à une température comprise entre 150 et 160 C correspondant à une pression comprise entre 5 et 6,5 bars. Cette vapeur est évacuée du réacteur par un orifice 112 muni d'une vanne 113 la mettant en communication avec un filtre 114 comportant a sa sortie une vanne 117. Le filtre ayant pour objet de retenir toutes Les particules de cendre en suspension dans ta vapeur avant sa réintroduction dans le circuit vapeur. Un second filtre 116 identique à celui décrit cidessus et équipé d'éléments homologues orifice 112' vannes 113' et 117' L'un des filtres est en fonctionnement pendant que l'autre est en attente. La vapeur. filtrée traverse une bouteille tampon 120 ayant pour but d'encaisser d'éventuels acoups de pression pouvant endommager les filtres. A la sortie de la bouteille tampon la vapeur alimente deux circuits, le circuit 121 de la double paroi du compartiment aval, coté aval de ce compartiment et le circuit 122 celui de t'arbre creux de la vis 104, la vapeur sortant du circuit 121 par 123 et du circuit 122 par 124. Durant ce parcours la vapeur subit une surchauffe au contact des parois métalliques réchauffées par la cendre qui, durant son processus d'extinction, voit sa température s'élever au-dessus de 160 C. Pour améliorer Les coefficients d'échange entre les parois et la cendre, les vis d'Archimède sont équipées de moyens de brassage additionnels sous forme d'ailettes de brassage racleuses 125 décales à 1zoo. Leur largeur n'exode pas le quart du rayon extérieur des vis d'Archimède. A sa sortie de 123 et 124 la vapeur surchauffée est réintroduite en deux circuits 126 celui de L'arbre creux de la vis 105 et 127 celui de la double paroi du compartiment amont 103. Par transfert de chaleur ,à travers La paroi intérieure du compartiment amont et à travers la paroi de l'arbre creux de ta vis 105 la vapeur communique ses calories à La cendre qui s 'écoule en contre-courant. Aux sorties 128 et 129 la vapeur est recanalisée dans une seule conduite pour etre acheminée à l'entrée 130 d'un serpentin 131 placé dans un bac à eau 132. Par échange thermique la vapeur cédera une partie de ses calories restantes à t'eau du bac qui s' échauffera Cette eau alimentant par la pompe 133 les buses d'injection 111 après passage dans un ballon de régulation de pression 141. La partie condensée de la vapeur sera évacuée à la bâche à eau 135 par un purgeur automatique 134. La partie non condensée de la vapeur ést acheminée dans un serpentin 136 situé dans le sas d'écvacuation 109 ou elle récupère des calo-~ ries avant d'aller les céder, dans La trémie d'alimentation 137, à la cendre à traiter par le serpentin 138. A la sortie du serpentin la vapeur est condensée dans un condenseur 139 puis évacuée vers la bâche à eau 135 Une pompe 140 reprend L'eau de135 pour alimenter 132. Un système type à floteur 149 permet le maintien d'un niveau adequat dans cette bâche 135. Tous les points bas de l'installation sont munis de purges automatiques ou non. Lors de l'ouverture de la vanne 107 la pression du réacteur est communiquée au sas 108. Pour éviter que cette mise en pression du sas ne s'oppose à ba descente de La cendre un jeu de vannes 143 et 144 permet la manoeuvre suivante :La vanne 107 étant fermée, la pression atmosphérique régnant- à l'intérieur de 108, La vanne 143 s'ouvrerpermettant l'écoulement de la cendre de La trémie 137 dans le sas 108. Puis 143 se ferme. La vanne 144 s'ouvre permettant la pressurisation à l'air sec du sas 108 (la vapeur. est prohibée pour éviter que des condensations au contact de La cendre froide ne s'opposent à L'écoulement fluide de la cendre). 144 se ferme, 107 s'ouvre et La cendre s'écoute dans le réacteur. 107 se ferre et une vanne de dégazage 145 prévue sur le sås 108 s'ouvre permettant a chute de pression dans le sas d'alimentation pour être de nouveau, après fermeture de de 145, en mesure d'alimenter le sas par l'opération décrite ci-dessus. Un système semblabLe permet l'alimentation du sas d'évacuation ainsi que sa pressurisation et dépressurisation par le jeu des vannes 110, 146, 147, 148. Toutes ces vannes sont automatiques. Leurs fréquence et durée d'ouverture sont commandées par un automatisme à régulation numérique. L'entraînement des vis se fait par des organes mécaniques situés à L'extérieur du réacteur Les arbres creux traversent donc les parois du reacteur. Au droit ou ils les traversent, des joints 149, 150, 151, 152 type Pacific assurent l'étanchéité. Ces arbres son supportés par des paliers 153, 154 155, 156 A l'une des extrémités les arbres reçoivent chacun une roue dentée clavetée sur l'arbre : 157, 158 entraînées chacune par chaine 159, 160 qui engrènent sur un pignon 161 monté sur L'arbre de sortie d'un réducteur 162, type vis sans fin, dont l'arbre d'entrée est entrainé par un ensemble coupleur hydraulique moteur électrique 163, 164. Les entrées et sorties de vapeur des arbres creux des vis d'Archimede s'effectuent par des boitiers type Johnson 122, 124, 126, 128. Des prises de températures reparties sur le parcours. de la cendre permettent d'ajuster, en fonction des analyses du produit introduit et du produit extrait, - les quantites de cendres introduites en faisant varier La fréquence d'ouverture des sas d'alimentation et d'éva- cuat i on, - La vitesse de passage de la cendre dans le réacteur donc sa durée de séjour dans le réacteur, - La puissance fournie au mécanisme d'entraînement, - la quantité d'eau d'extinction injectée, la quantité de vapeur circulant. dans le circuit vapeur duréacteur, - la température de cette vapeur, - la température de la cendre, L'ensemble du réacteur et des canalisations de vapeur et d'eau chaude est soigneusement isolé.Un soin parti culer est accordé à l'isolation de la partie située à lginté- rieur du réacteur entre la paroi inférieure des compartiments et la face intérieure de la paroi du conteneur, pour éviter les pertes de chaleur vers l'extérieur et faciliter l'écoule- ment des calories vers l'intérieur des compartiments. Le procédé d'extinction décrit suppose le réacteur en fonct,onnement : Notamment que ses chartes (acheminées dans La zône d'extinction) sont à la température adéquate à laquei- le la réaction d'extinction peut s' opérer. Il n'en est pas de même au moment du démarrage de l'installation. Dans ce cas, si l'on ne dispose pas de vapeur sur le site, un générateur auxilliaire de vapeur est prévu pour alimenter les interparois des compartiments. Les vis d'Archimède pouvant inverser le sens de leur marche quelques allées et venues de la masse à traiter ayant été arrosées mettent les cendres à la température désirée et permettent l'acheminement de la masse de cendres qui cède ses calories à celles qui viennent d'être introduites dans le re- acteur. La première charge, si elle n'est pas complètement éteinte est rebutée. Le générateur de vapeur est alors mis hors circuit et l'installation fonctionne comme décrit plus haut. Quelques exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue générale schématique de l'invention. - la figure 2 représente une vue partielle de la figure 1. - la figure 3 représente une vue de détail de La figure 2. - la figure 4 représente schématiquement Le Logement des éléments de la figure 2. - la figure 5 représente schémati-quement Le positionnement des éléments caractéristiques du réacteur. - la figure 6 représente schématiquement les élé- ments extérieurs aux conteneurs permettant L'entraînement mécanique de l'ensemble. - la figure 7 représente schématiquement un positionnement des éléments d'entrainement mécanique. - la figure 8 représente schématiquement le posi ~ionne,ent des filtres de la vapeur - la figure 9 représente le positionnement des joints flexibles permettant les entrées- et sorties de vapeur dans les interparois des compartiments ainsi que l'espace compris entre le conteneur et la partie inférieure des compartiments devant recevoir l'isolant thermique intérieur. REVENDICATIONS 1. - Procédé- d'extinction en continu des cendres volantes hydrauliques contenant de la chaux libre anhydre du genre où l'on fait transférer dans un réacteur les cendres à traiter depuis une extrémité du réacteur jusqu'à une autre extrémité du dit réacteur avec introduction d'eau sous pression et haute température dans une zôn-e médiane du réacteur (plus éloignée de la sortie du réacteur que de l'entrée) caractérisé en ce que l'on conforme le réacteur en deux compartiments Longitudinalement adjacents avec passage de la cendre d'un compartiment à L'autre, les compartiments dits compartiment amont et compartiment-aval étant sépares parune cloison en matériau thermiquement conducteur. 2. - Procédé selon ta revendication (1) caractérisé par un convoyeur du genre vis d'Archimède transférant la cendre dans chaque compartiment dans un sens opposé à celui dans lequeL eLLe circuLe dans le compartiment voisin. 3. - Procédé selon la revendication (2) caractérisé par des moyens de brassage additionnels sous forme d'ailettes de brassage râcleuses situées sur la partie exterieure des vis d'Archimede, décalees à 120 * leur dimension radiale n'exédant pas le quart du rayon extérieur des vis d'Archimede. 4. - Procédé selon la revendication (2) caractérisé en ce que les vis d'Archimède sont du type à arbre creux où l'on fait passer delta vapeur, le sens de circulation de La vapeur dans chaque arbre étant à contre-courant du sens d'écoulement de La cendre. 5. - Procédé selon la revendication (1) caractérisé en ce que les compartiments sont à double paroi entre lesquelles on fait circuler de- la vapeur à contre-courant du sens d'écoulement de la cendre. 6. - Procédé selon la revendication (1) caractérisé en ce que l'ensemble des compartiments est Logé dans un conteneur métallique cylindrique à axe horizontal, l'alimentation des cendres à traiter s'effectuant par un sas d'alimentation situé à la partie supérieure et à l'extrémité du dit réacteur, ne cloison dnflecteur dirigeant les cendres à l'extrémité amont du compartiment amont. 7. - Procédé selon la revendication (1) caractér;- sé en ce que L'évacuation des cendres traitées s'effectue à l'extrémité aval du compartiment aval par un sas d'évacuation inférieur. 8. - Procédé selon la revendication (1) caractérisé par le fait que, lorsque la cendre arrive au droit de l'injection d'eau sous pression elle est à une température comprise entre 100 O C et 1300 C, la quantité d'eau injectée est supérieure à la quantité stoechiométrique, l'veau exédentaire étant vaporisée, extraite à la partie supérieure du réateur, puis filtrée et réintroduite dans I-es arbres et ou entre les double-parois des compartiments amont et aval, où elle subit, dans ce dernier, une surchauffe 9 - Procédé selon la revendication (8) caractérisé en ce que l'introduction et l'extraction de la vapeur dans et de l'interparoi des compartiments s'effectue par un boitier situé à la partie inferieure de la double paroi, un raccord flexible traversant la paroi du conteneur- 10. - Procédé selon la renvendication (8) caractérisé par le fait que la vapeur ex-traite du réacteur est amenée en échange thermique avec l'eau d'injection, la vapeur ainsi refroidie étant successivement : d'abord réchauffée en échange thermique avec les,çendres éteintes sortant du réacteur, puis refroidie en échange thermique avec les cendres dans La trémie d aLimentationO 11. - Procédé selon la revendication (6) caractérisé en ce que la partie du réacteur comprise entre la chemise du réacteur et la paroi inférieure des compartiments est bourrée d'isolant thermique à haute performance pour- éviter les pertes de chaleur vers l'extérieur et faciliter l'écoulement des calories vers l'intérieur des compartiments, l'ensemble du conteneur et des tuyauteries de vapeur étant soigneusement calori fugé.