Brevet FR2541300A1 — publié le 19840824

"Dispositif pour l'évacuation de scories 'iquides et de gaz provenant d'un générateur de gaz". L'invention concerne un dispositif pour l'éva- cuation dt scories iquides et de gaz de gazéification hors d'un générateur de gaz avec un écoulement du haut vers le bas et avec une évacuation de scories liquides par évacua- tion commune de gaz et de scories, Le dispositif peut être utilisé dans l'in- dustrie classique lors de la gazéification de combustibles contenant des cendres, avc évacuation des scories liqui- des. On connaît dans la technique un dispositif pour l'évacuation de scories liquides et de gaz hors d'un générateur de gaz, qui comprend un carter enveloppe par- tiellement rempli d'eau qui est pourvu d'un raccord de dé- bordement de trop-plein et d'un raccord pour l'amenée du gaz et des scories, qui est disposé dans la partie supé- rieure du carter et a la forme d'un cylindre avec un ré- trécissement avec des profils lisses, carter pourvu égale- ment d'un tuyau à section transversale constante pour le refroidissement du gaz et des scories, lequel est pourvu deun dispositif pour la répartition de l'eau sur la surfa- ce intérieure du tuyau, l'extrémité inférieure du tuyau de refroidissement étant disposée au-dessous de l'extrémité supérieure du raccord de débordement de trop plein (brevet n O 2 326 465 de la firme "Texaco") Ce dispositif n'a cepen- - dant que de faibles possibilités de mise en service pour les deux raisons suivantes: 1. le dispositif est de construction telle que la, scorie, à sa sortie du raccord, a la forme de jets individuels compacts qui, dans leur écoulement, oscillent et viennent en contact avec la paroi du tuyau de refroidis- sement Il en résulte que le film d'eau est détruit et que la scorie vient en contact direct avec le métal du tuyau de sorte que l'emplacement de sortie est incrusté et que bientôt la section de traversée du tuyau est complètement obturée Dans certains cas, on peut constater un brûlage de la paroi du tuyau. 2. la réalisation du tuyau destiné au re- froidissement des scories et des gaz avec une section trans- versale constante a pour résultat que l'échange de chaleur par convexion avec le film d'eau devient très faible et que la totalité de la transmission de chaleur s'effectue par rayonnement Une telle transmission de chaleur par rayonnement nécessite cependant, de très grandes dimensions, en diamètre et en longueur, du tuyau de refroidissement du gaz et des scories, pour réaliser un refroidissement du courant de gaz contenant des-particules de scories liqui- des jusqu'à une température inférieure à la température de solidification des scories, Or de grandes dimensions du tuyau de refroidissement conduisent à ce que le film d'eau soit réparti d'une manière irrégulière et instable à une certaine distance de l'emplacement de distribution de l'eau Il en résulte qu'une partie de la paroi du tuyau est soumise à un br Qlage par effet d'échange avec le cou- rant de gaz et est incrustée par des particules de scories liquides provenant du courant de gaz Progressivement la section de traversée du tuyau de refroidissement se trouve totalement obturée par ces incrustations. On connait, d'autre part, un dispositif pour l'évacuation de gaz et de scories hors d'un générateur de 3.- gaz, qui se compose d 9 un carter enveloppe partiellement rempli d'eau et qui est pourvu d'un raccord de déborde- ment pour trop plein et d'un raccord pour l'amenée des scories liquides et du gaz, prévu dans la partie supérieure du carter ayant la forme d'un cylindre Le dispositif co EU- prend en outre, un tuyau à section transversale constante pour le refroidissement des scories et du gaz, avec une chemise d'eau et un dispositif pour la distribution de l'eau sur la surface intérieure du tuyau L'extrémité irifé- rieure du tuyau de refroidissement se trouve au-dessous de l'extrémité supérieure-du raccord de trop plein (certifi- cat d'origine de Ud SSR no 7 778 240). Ce dispositif ne présente également que de faibles fiabilités de fonctionnement pour les raisons sui- vantes: i. La réalisation du raccord d'amenée des scories liquides et du gaz sous la forme d'un cylindre a pour effet que la fraction des scories liquides, qui sor- tent du générateur de gaz sous la forme d'un film liquide, se forme en des jets individuels qui oscillent en s'écou- lant et viennent en contact avec la paroidu tuyau de re- froidissement, Le film d'eau est ainsi détruit et les'sco- ries liquides viennent en contact avec-le métal du tuyau, de telle sorte que la sortie est favorable à une incrusta- tion qui progressivement obture la section de traversée du tuyau, Dans le cas d Vune exploitation avec des vites- ses de circulation élevées dans le raccord d'amenée de gaz et de scories, une partie du film de liquide peut être ar- rachée sous forme de flocons et être transportée dans le tuyau d 1 o résulte un effet d'obturation analogue, de telle sorte que les oscillations de variation du courant de sco- ries liquides s'accroissent. 2. La réalisation du tuyau de refroidisse- ment des scories et du gaz, avec une section transversale constante a pour conséquence que l'effet d'échange de cha- leur par convexion avec le film dleau ne peut pas être très important, parce quail neest pas possible de réaliser des vitesses de circulation élevées du courant de gaz, cars lors de vitesses élevées du gazq le film d Veaust détruit et la paroi dv tuyau ainsi dénudée est sujette à l'incrustation En conséquence 9 la transmission de chaleur doit s'effectuer par rayonnement O Cela nécessite, pour obtenir le refroidissement du courant de gaz du générateur conte- nant les particules liquides de scories jusqu'à la tempéS rature de solidification des scories à la sortie du tuyau 9 de grandes dimensions en diamètre et en longueur De grarn des dimensions du tuyau de refroidissement ont pour consé- quence que le film deeau devient instable et inégalement réparti à une certaine distance duéloignement dupoint de distribution de l'eau La paroi du tuyau risque ainsi auto- matiquement, ou par effet d'échange avec le courant de gaz, d'être dénudée localement, Ces endroits sont alors incrus- tés avec des particules de scories qui se trouvent dans le gaz Progressivement, la section de traversée du tuyau de refroidissement se trouve obturée et le tuyau est hors services 3. La disposition de l'extrémité inférieure du tuyau de refroidissement du gaz et des scories liquides au-dessous de leextrémitè supérieure du raccord detrop- pleins en vue de raliser une couche de lavage pour le re- froidissement supplémentaire et le nettoyage de particules solides 9 a pour effet une pulsation de la couche d'eau dans le tuyau de refroidissement et une injection de l'eau dans le tuyau, ce qui conduit, à nouveau, a une déstabili- sation du fonctionnement du tuyau et à une diminution de la sécurité de fonctionnement de l'ensemble du dispositif. La présente invention a pour but d'obtenir un accroissement de la fiabilité de fonctionnement du dis- positif d'évacuation des scories liquides et du gaz. L'invention propose, à cet effet, la réalisa- 254 I-300 5.- tion d'un dispositif pour l'évacuation de scories et de gaz à partir d'un générateur de gaz placé sous pression, qui soit de construction simple, avec de faibles dimensions et qui assure, en combinaison avec les éléments de nettoyage, une grande fiabilité de fonctionnement pour l'évacuation des scories, c'est-à-dire qui exclut le risque d'obturation des conduits d'évacuation des scories. Dans ce but, l'invention a pour objet un dispositif pour l'évacuation de scories liquides et de gaz en provenance d'un générateur de gaz, qui consiste en un carter partiellement rempli d'eau qui est pourvu d'un rac- cord de débordement de trop-pleins, un raccord pour l'ame- née des scories liquides et du gaz, disposé dans la partie supérieure du carter et un tuyau pour le refroidissement des scories et du gaz, qui est pourvu d'une enveloppe d'eau et d'un dispositif pour la distribution de l'eau sur la sur- face supérieure intérieure du tuyau, dispositif caractéri- sé en ce queq pour accroître la fiabilité, le raccord pour l'amenée des scories et du gaz a la forme d'un organe d'é- tranglement et le tuyau pour le refroidissement des sco- ries et du gaz a la forme d'un tube de Venturi, la partie inférieure de l'organe d'étranglement d'amenée des scories et du gaz se trouvant dans lorgane d'étranglement du tube de Venturi, la grandeur du diamètre d de la partie cylin- dribue du tube de Venturi satisfaisant à la formule 0,8 t d Conformément à l'invention, la surface fron- tale supérieure du raccord de débordement par trop-plein est disposée audessous de la surface frontale inférieure du tube Venturi. Le dispositif de l'invention assure un ac- croissement de la sécurité de fonctionnement pour les rai- sons suivantes: 6.- La constitution du raccord destiné à l'amenée de la scorie liquide et du gaz sous la forme d'un organe d'étranglement de type Venturi (avec amenée du courant de gaz à une vitesse comprise entre 45 et 150 mètres/seconde dans la section transversale la plus faible du Venturi) donne l'assurance que la fraction des scories liquides, qui sort du générateur de gaz sous la forme d'un film li- quide, est introduite en particules de faible diamètre, c'est-à-dire que la scorie liquide est pulvérisée comme un liquide très visqueux, De cette manière, le courant de gaz, qui par- vient dans le tuyau destiné au refroidissement des scories et du gaz, contient la totalité des scories liquides sous la forme de gouttelettes très petites (inférieures à 1 mm). la fiabilité de fonctionnement du dispositif est considéra- blement accrue par l'absence d'un jet de scorie liquide et de mise en flocons du film de scories G la vitesse qui est nécessaire pour l'amenée du courant de gaz dans la section la plus faible du diamètre de passage du Venturi est com- prise entre 45 et 150 mètres/seconde Dans le cas d'une vitesse de 45 m/s on constate une pulvérisation de toutes les scories qui proviennent du charbon qui a été soumis à gazéification et oh règnent des températures normales pour une évacuation de scories liquides, Dans le cas de vites- ses supérieures à 150 m/s, on constate une usure par abra- sion du Venturi dans sa partie la plus étroite. La réalisation du tuyau de refroidissement des scories et du gaz sous la forme d'un tube Venturi, per- met d'accro tre l'échange de chaleur par connexion dans une mesure telle qu'il n'est plus nécessaire d'utiliser, dans ce but seulement, une transmission de chaleur par rayonne- mentp ce qui permet d'éviter de grands dimensionnements du tuyau de refroidissement. lie tube Venturi possède, pour remplir la md- me fonction, un diamètre très petit et une longueur très 7.- petite, ce qui conduit à une stabilité du film d'eau, à ui. accroissement de l'épaisseur du film et à un accroissement de la fiabilité de fonctionnement du dispositif. Des essais effectués avec un tube Venturi à de hautes tem Dératures du gaz amené (environ 1500 O C) dans lequel sont incluses les particules solides, ont montré qu'aucune destruction du film dt eau n'apparaissait dans l'ensemble du domaine de vitesses On a constaté expérimen- talement que, dans le cas d'une réduction du diamètre de la partie cylindrique du tube Venturi au-dessous de 088 cmw il se produisait une immobilisation du courant de gaz à travers la partie étranglée du tube Venturi, et, en consé- quence, une forte augmentation de la résistance du tube. Dans le cas d'un accroissement de diamètre, au-delà de 1929 on constate une interruption du gaz à travers le tuyau sans refroidissement notable du gaz, L'insertion de la partie inférieure du Ven- turi pour l'amenée de gaz et de scories dans le tube Ven- turi permet de réduire la distance de traversée des parti- cules de scories entre le point de séparation et le film d'eau, o elles se répartissent pratiquement brusquement et se figent sur la surface extérieure en perdant leur pou- voir d'incrustation sur la paroi, ce qui accro t égale- ment, la sécurité de fonctionnement du dispositif. La disposition de l'extrémité inférieure du tube Venturi au-dessus de lextrémité supérieure du rac- cord de trop-plein permet d'éviter la nécessité de nettoya- ge par injection d'eau dans le tube Venturi, ce qui ac- croit également la fiabilité du dispositif Il en résulte que le tube Venturi constitue par lui-même un dispositif efficace de refroidissement et de lavage qui rend inutile l'utilisation d'une couche de lavage supplémentaire. Le dispositif pour l'évacuation de scories liquides et de gaz provenant d'un générateur de gaz com- prend un carter i qui est Pourvu d'un raccord de débordement 8.- de tropplein 2 d'un raccocd pour l'évacuation des scories granulées 3 et un raccord pour l'évacuation du gaz de géné- rateur 4 un raccord 5 pour l'amenée des scories liquides et du gaz venant du générateur de gaz, qui est réalisé sous la forme d'un Venturi 6 Le dispositif comprend, en outre, un tuyau pour le refroidissement des scories et du gaz, le- quel est réalisé en forme d'un tube de Venturi 6 et qui est pourvu d'une enveloppz 7 d'eau avec un raccord pour l'amenée d'eau 9 et une installation 10 pour distribuer cette eau sur la surface intérieure du tube de Venturi Le fond du réac- teur est pourvu lui-même d'une évacuation de scories liqui- des constituée par des tuyaux pourvus de pointes sur les- quelles est fixée une masse compacte réfractaire au feu, L'eau amenée par un raccord traverse une en- veloppe d'eau et elle est répartie, au moyen d'un disposi- tif distributeur sur la surface intérieure du tube de Ven- tur i pour le refroidissement des scories et du gaz Le ni- veau de l'eau à l'intérieur du carter est maintenu au moyen d'un raccord prévu sur la partie inférieure du carter. A leur sortie du réacteur producteur de gaz, les scories liquides et le gaz pénètrent dans le raccord destiné à l'amenée de scories et de gaz, Les scories liqui- des pénètrent dans le raccord de deux manières La fraction des scories liquides qui s'est rassemblée sur les parois et sur le fond du réacteur générateur de gaz parvient dans le raccord sous la forme d'un film de scorie liquide L'au- tre fraction est formée par des gouttelettes de scories liquides qui sont en suspension dans le courant de gaz A l'endroit de la section transversale la plus faible du rac- cord d'amenée de scories et de gaz, qui est constitué sous la forme d'un étranglement, est maintenue en permanence une vitesse d'écoulement comprise entre 45 et 150 m/s, par exemple de 100 m/s Le film de scories est alors arra- ché et séparé des bords du raccord et est pulvérisé jus- qu'à une dimension de particules inférieure à 1 mm, (en 9.- moyenne 0,5 mm) Ainsi, à la sortie du raccord, la total-_- é des scories se trouve à l'état de particules fluides finement pulvérisées Le courant-est ensuite dirigé sur l'entrée de la partie cylindrique du tube de Venturi o il v ient en contact avec l'eau Il se produit, déjà à cette entrée, un refroidissement intense du courant, de telle sorte que les particules de scories fluides se solidifient et se précipitent sur la surface extérieure en perdant la possibilité de cuisson Dans la partie cylindrique se prc duit un fort refroidissement du courant en raison des vi- tesses d'écoulement élevées (de l'ordre de 100 m/s) Le diffuseur du tube de Venturi sert à la conclusion du proces- sus de refroidissement et au rétablissement partiel de la pression statique A la sortie du diffuseur du tube de Ven- turi, il se produit une séparation entre le gaz et le cou- rant d'eau Ce dernier entraînant avec lui les particules de scories Ces particules tombent, comme précipité et sont évacuées à travers un raccords tandis que l'eau est évacuée par le raccord de trop-plein et que le gaz est évacué à travers un raccord dans la partie supérieure du carter. EXEVIPLE 1 - A la sortie du réacteur producteur de gaz, du du charbon, par une conduite avec un débit de 30 tonnes/heure, parvient dans le raccord 5 destiné à l'amenée de scories et de gaz Ce raccord, dans sa section minimale, présente un dia- mètre de 300 tn m Le courant de gaz du générateur est sous une pression de l,0 Sx 104)x 30 Pa et une température de 15000 C, avec une vitesse de 45 m/s dans sa section transversale mini- male Le courant de gaz entraîne avec lui les scories fluides, sous la forme de très petites gouttes, en une quantité de 2400 kg par heure En outre, il pénètre dans le raccord 600 kg/h de scories liquides sous la forme d'un film de scories Dans la section de sortie du Venturi, le film de scories est pulvérisé en particules de dimension inférieure à 1 mm. - lb- Dans la partie cylindrique du tube de Venturi 6 d'un diamètre de 240 mm, est maintenue une vitesse de m/s le diamètre de la partie cylindrique est ainsi égal à O s,8 du diamètre minimal du raccord 5 pour l'amenée de scories et de-gazo Le courant de gaz et les particules de sco- ries liquides entrent en effet d'échange intense, réagis- sent énergiquement avec l'eau et les particules de scories liquides sont rapidement amendes à 11 état solide. EXEMIPLE 2 - le fonctionnement du dispositif d'évacuation des scories et du gaz s'effectue de manière analogue à ce: lui décrit dans l'exemple 1 Pour un générateur de gaz ayant un débit de 100 t/hp les conditions sont les suivantes: Gaz de générateur 200 000 m 3/h aux conditions normales, scories liquides en foime de gouttes 10 t/h, en forme de film de scories 2 t/h le diamètre le plus faible du raccord 5 d'amenée de scories et de gaz est égal à 400 mm le diamètre de la partie cylindrique du tube de Venturi 6 s'élève à 1,2 t = 480 min lia vitesse dans la section la plus faible du raccord 5 s'élève à 150 m/s et, dans la partie cylindrique du tube de Venturi 6, elle s'élève à 150 m/s la pulvérisation du film de scories li- quides s'effectue jusqu'à un diamètre de particules liqui- des de 0,5 min. le dispositif proposé par l'invention présen- te les avantages suivants s 1. Du fait que, dans le dispositif, il nese produit aucun jet de scories liquides, la formation de gros flocons de scorie est évitée Il n'existe aucune possibilité de formation de gros flocons, et les petites particules de scorie liquide perdent leur pouvoir d'adhérer par cuis- son déjà au début de leur sortie du tuyau de refroidisse- ment du gaz et des scories La probabilité d'un encrasse- ment par incrustation de scories du tuyau de refroidisse- ment du gaz et des scories est pratiquement nulle. 2. Grâce à l'emploi des raccords à vitesse de traversée élevée pour l'amenée des scories et du gaz, et à l'utilisation d'un tube de Venturi, les dimensions du dispositif d'évacuation du gaz et des scories sont con- sidérablement diminuées, Ces effets sont obtenus par le-fait que, par rapport aux dispositifs correspondants à l'état de la tech- nique, le dispositif conforme à l'invention fonctionne avec une vitesse de circulation nettement plus élevée, et par le fait qu'on utilise une forme géoinètrique différente par laquelle est obtenue une forme qualitativement différente de l'écoulement des scories. 12 o - R E V E N D I C A T I O NS 1. Dispositif pour lévacuation de scories liquides et de gaz en provenance deun générateur de gaz, qui consiste en un carter ( 1) partiellement rempli d'eau qui est pourvuz d'un raccord de débordement de trop-plein ( 2), un raccord pour l'amenée des scories liquides est du gaz ( 5), disposé dans la partie supérieure du carter et un tuyau pour le refroidissement des scories et du gaz, qui est pourvu d'une enveloppe d'eau et d'un dispositif ( 10) pour la distribution de l'eau sur la surface supérieure in- térieure du tuyau, dispositif caractérisé en ce que, pour accroître la fiabilité, le raccord ( 5) pour l'amenée des scories et du gaz, a la forme d'un organe d'étranglement, et le tuyau pour le refroidissement des scories et du gaz a la forme d'un tube de Venturi ( 6), la partie inférieure de l'organe d'étranglement d 8 amende des scories et du gaz se trouvant dans l'organe d'étranglement du tube de Venturi, la grandeur du diamètre d de la partie cylindrique du tube de Venturi ( 6),satisfaisant à la formule 0,8 t d 41,2 t dans laquelle: t = diamètre le plus petit de l'étrangle- ment d'amenée des scories et du gaz. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie frontale supérieure du rac- cord de débordement de trop-plein ( 2) est disposée au- dessous de la partie frontale inférieure du tube de Ventari ( 6).