Brevet FR2542065A1 — publié le 19840907

PROCEDE DE COMBUSTION D'UN COMBUSTIBLE SOLIDE ET CHAMBRE DE FOYER POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention s'applique au domaine de la thermiqueetconcerne, en particulier, les procédés de combustion pour des combustibles solides dans des foyers et chaudières ainsi que la chambre de foyer pour la mise en oeuvre de ce procéde. L'invention peut être appliquée principalement aux centrales thermiques, aux chaufferies et aux fours industriels à flamme brûlant des combustibles solides broyés au préalable. Les résidus de combustible qui apparaissent dans les produits de combustion résultent des imbrûlés solides qui sont dus principalement à un mauvais melange du combustible avec l'air comburant, à une quantité insuffisante d'oxygène dans l'air de soufflage, à une temperature trop basse dans la zone de combustion du combustible, à un taux insuffisant de broyage du combustible, à une mauvaise conception des brQleurs, des foyers, des sys tèmes de préparation du combustible.Les pertes calorifiques dues aux imbrûlés solides atteignent couramment 2 à 5% et même des valeurs beaucoup plus élevées lorsque le combustible à brûler comporte une forte teneur en cendres.^Le recyclage des résidus combustibles en vue de leur combustion ultérieure permettrait d'économiserlecombustible et/ou de réduire les frais de préparation du combustible et de réalisation des braleurs. On connait un procédé de combustion de combustible solide dans des foyers et chaufferies (voir par exemple l'ouvrage "Centrale thermique", deV.YaRyzhkin, Moscou, 1967) qui consiste à brûler un combustible solide broyé dans une chambre de foyer, à évacuer des produits de la combustion contenant des phases solide et gazeuse. Ensuite; on fait passer les produits de combustion entre des électrodes auxquelles est appliquee une tension voisine de 30 kV et la phase solide se dépose sur les électrodes. La phase solide qui se dépose est évacuée périodiquement des électrodes et dirigée dans une trémie de stockage d'où la phase solide est injectée dans le foyer. La phase solide ainsi séparée des produits de combustion contient une grande quantité de matériaux purement mineraux incombustibles, autrement dit, de cendres qui peut atteindre environ 90% en poids de la phase solide, ce qui aboutit à un recyclage non-rentable du produit ainsi obtenu. On connait une chambre de foyer destinée à la combustion d'un combustible solide (voir l'ouvrage "Centrale thermique" déjà cite),comprenant un foyer relié par un conduit de transfert à un conduit de convection lui-meme relié par un conduit au foyer. a chambre de foyer comporte également un conduit à gaz par lequel sont évacués les produits de combustion et un dispositif pour la séparation de la phase solide des produits de combustion. De plus, le circuit des gaz de combustion comprend une electrode à décharge couronne et des electrodes branchées sur une source de haute tension appropriée de manière à permettre l'evacuation de la phase solide des produits de combustion du combustible depuis les electrodes à l'aide d'une tremie d'accumulation de la phase solide munie d'une tubulure qui la relie au conduit à gaz. La phase solide séparée des produits de combustion contient une grande quantité de produits minéraux non-combustibles. Une telle installation ne permet pas de séparer la partie combustible de la partie minérale. On connait aussi un procédé de combustion de combustible solide dans une chambre de foyer qui consiste à mélanger du combustible solide broyé avec de l'air de combustion soufflé et chauffe et à amener le mélange dans le foyer pour réaliser sa combustion, à évacuer une partie des produits de combustion depuis le conduit de convection de la chambre de foyer et contenant les phases solide et gazeuse, à mélanger les produits résultant de la combustion avec un courant d'air de combustion souffle (voir, par exemple, "Exploitation des chaufferies à haute pression dans les centrales électriques" de P.P.Elizarov, Moscou, Gosenergizdat, 1961, page 31). Dans le procédé décrit, on ne peut reinjecter en post-combustion qu'une petite partie des résidus du combustible contenus dans les produits de combustion réinjectés. La quantité de particules solides présentes dans le flux des produits de combustion du combustible augmente, ce qui conduit à une usure rapide des éléments de l'installation logés dans le conduit de gaz. On connaît également une installation pour la combustion de combustible solide comportant une chambre de foyer reliée par un conduit de retour de gaz au conduit de convection relié également par un conduit à la chambre de foyer et à un separateur à inertie raccordé lui aussi à la chambre de foyer (voir par exemple "Chaufferies" de V.P.Smirnov, Moscou, Gosenergoizdat, 1959, page 156). Une telle installation présente des insuffisances du taux de captage de la phase solide dans les produits de combustion du combustible et ne permet pas de separer la partie combustible de la phase solide et la partie non-combustible contenant des residus minéraux. On s'est donc propose de mettre au point un procedé de combustion d'un combustible solide dans des foyers et des chambres de foyer pour la mise en oeuvre du procédé dans lesquels le recyclage de la partie non-bralee du procedé,dans lesquels le recyclage de la partie non-brQlée des produits provenant de la combustion est utilisé pour réaliser une post-combustion qui permette d'élever le taux d'utilisation du combustible et d'assurer une combustion plus complète. A cet effet; le procédé de combustion d'un combustible solide dans une chambre de foyer qui consiste à mélanger le combustible solide broyé avec de l'air de combustion soufflé et chauffe, à amener le mélange dans le foyer de la chambre de foyer, à evacuer une partie des produits de combustion du combustible et contenant des phases solide et gazeuse dans un conduit de convection de la chambre de foyer, à mélanger une partie des produits de combustion du combustible avec un flux d'air de combustion souffle, est caractérisé en ce qu'on separe, au préalable, sous l'action d'un champ électrique la partie conductrice de l'électricité de la phase solide des produits de combustion du combustible contenant des résidus combustibles et la partie non-conductrice de l'électricité, puis on mélange la partie conductricedeltelectricite de la phase solide des produits de combustion avec un courant d'air de combustion soufflé et on la réinjecte dans le foyer pour en réaliser la combustion. Avant de séparer la partie conductrice de l'électricité de la phase solide, il est avantageux d'assurer un régime d'écoulement laminaire au flux des produits de combustion. Selon l'invention, la chambre de foyer pour la combustion d'un combustible solide comportantunfoyer mis en communication par un conduit de transfert avec un conduit de convection comportant un circuit de réchauffage de l'air de combustion amené par un conduit de retour au foyer et caractérisé en ce qu'elle comporte un séparateur électrique pourvu d'électrodes à fentes, disposé à la sortie d'un séparateur à inertie et equipé d'une tubulure d'évacuation des résidus cendreux et d'une tubulure d'évacuation vers le foyer de la partie de la phase solide conductrice de l'électricité. il est utile que le conduit de by-pass à gaz soit évasé dans la direction d'écoulement des produits de combustion. il est avantageux que la paroi du conduit de transfert sur laquelle les résidus solides de la combustion entraînés par les gaz de combustion se déposent, fasse un angle par rapport à l'horizontabégal ou supérieur à l'angle de la pente naturelle du talus de la phase solide pulvérulente et qu'un deflecteur soit fixe au voisinage de la partie inférieure du conduit de transfert sur la paroi opposée à celle où se déposent les résidus solides et sous un angle par rapport à l'horizontale égal à l'angle de la pente naturelle du talus de la phase solide pulvérulente. il est rationnel que, dans le cas où le conduit de convection est muni d'ajutages pour le chauffage de l'air de combustion soufflé et qui sont montés verticalement a l'intérieur de ce conduit, le séparateur électrique soit monté à la sortie des ajutages verticaux, que la tubulure pour l'évacuation du résidu cendreux soit reliée au conduit de convection et que la tubulure pour l'évacuation de la partie conductrice de l'elec- tricité de la phase solide soit mise en communication avec le foyer. Par rapport aux procedés connus, le procédé selon l'invention pour la combustion complète de combustible solide dans des chaufferies et foyers présente un certain nombre d'avantages. Grâce à ce procédé, il est possible de séparer des produits provenant de la combustion du combustible, les particules de carbone imbrûlées du fait que ces particules possèdent une conductibilité électrique sensiblement supérieure à celle de la partie minérale de la cendre. On peut séparer ainsi un agrégat d'une grande valeur calorifique des produits résiduels de la combustion du combustible. En réinjectant ce concentrat dans le foyer, on élève le taux d'utilisation du combustible. En transférant le flux des produits de combustion en régime d'ecoulement laminaire on élève de plus de 30% le taux de separation entre la partie conductrice de l'électricité de la phase solide et la partie nonconductrice de l'électricité. Le fait que l'installation pour la combustion d'un combustible solide soit munie d'un séparateur, avec des électrodes à fentes9 permet de supprimer du flux soumis à la séparation dans le champ électrique, la composante gazeuse et d'élever sensiblement le taux de concentration du combustible imbrûle dans la partie conductrice séparée L'installation permet de recycler le combustible non-brûlé dans la chambre de foyer pour réaliser une post-combustion, d'évacuer la partie cendreuse de la phase solide dans un réceptacle approprié et ainsi de supprimer totalement l'échappement de ces produits poussiéreux dans l'environnement. De plus9 on diminue l'usure des tubes échangeurs de chaleur logés dans le conduit de convection a gaz.En élargissant le conduit de transfert, on élève le taux de separation de la phase solide du flux de produits provenant de la combustion du combustible. Dans le cas de l'utilisation d'un conduit de convection avec un courant ascendant, le montage d'un deflecteur permet d'augmenter l'effi cacité de la séparation de la phase solide et de réduire l'influence de la variation de la vitesse de ce flux au moment de la variation du régime de fonctionnement de l'installation et au point d'inflexion du flux. Dans le cas d'une installation dans laquelle est prévu un conduit de convection à gaz avec un courant descendant des produits de combustion, le montage d'un separateur électrique à la sortie des ajutages verticaux permet de séparer d'une manière plus efficace la partie conductrice de l'électricité de la phase solide contenant des résidus du combustible non-brûlé. D'autres buts, avantagesetcaractéristiques de l'invention apparaStront à la lecture de la description de divers modes de réalisation faite à titre d'exemples non-limitatifs, et en regard des dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 represente en coupe schématique une installation de combustion pour des combustibles solides dans laquelle les produits de la combustion sont entrainés par un courant ascendant selon l'invention; la Figure 2 représente de même en coupe schématique une installation de combustion pour des combustibles dans laquelle les produits de la combustion sont entraînés par un courant descendant selon l'invention; la Figure 3 représente en coupe avec arrachements une partie d'un séparateur électrique selon l'invention monte à la sortie d'ajutages verticaux;; la Figure 4 montre des electrodes du séparateur électrique vues en perspective, selon l'invention. Un procédé courant de combustion d'un combustible solide dans des chaufferies et foyers consiste à melanger le combustible solide broyé avec de l'air de combustion soufflé et chauffé et à injecter le mélange formé dans le foyer d'une installation utilisant la combustion d'un combustible solide. Les produits provenant de la combustion et contenant des phases solide et gazeuse sont évacués du conduit de convection de la chaufferie ou de la chambre de foyer. Sous l'effet d'un champ électrique, la partie bonne conductrice de l'électricité de la phase solide des produits resultant de la combustion du combustible est séparée de la partie mauvaise conductrice qui contient de la cendre.Ensuite, la partie bonne conductrice de la phase solide des produits de combustion du combustible est mélangée avec un courant d'air de combustion soufflé et ramenée dans le foyer. Pour assurer une meilleure separation de la partie bonne conductrice de l'électricité des produits de combustion, on fait appel à un régime d'écoulement laminaire du flux de produits de combustion du combustible. La chambre de combustion pour la mise en oeuvre du procédé de combustion d'un combustible solide comporte un foyer 1 (Figure 1), relié par l'intermédiaire d'un conduit de transfert 2 à un conduit de convection 3. Le conduit de convection 3 est mis en communication par un conduit 4 avec le foyer 1. La chambre de combustion comprend également un séparateur à inertie 5 monté à l'entrée du conduit de convect-ion 3. Dans le foyer 1 sont installes des brûleurs 6 par lesquels est injecté un combustible solide broye arrivant d'un conduit 7 et de l'air de combustion soufflé et chauffé arrivant du conduit 4. A la partie inférieure du foyer 1 est montée une trémie a mâchefer 8 dans laquelle s'accumule les restes du combustible qui sont évacués par une vanne 9. La chambre de combustion comporte un séparateur électrique 10 muni d'électrodes à fentes 11 branchées sur une source de tension 12. Le séparateur électrique 10 est muni d'une tubulure 13 pour l'évacuation des residus cendreux du combustible et d'une tubulure 14 pour l'évacuation de la partie bonne conductricedel'électricité de la phase solide des produits de combustion par l'intermédiaire d'un conduit 15 au foyer 1. La tubulure 13 pour l'évacuation des résidus cendreux est reliée a un receptable de cendre 16. Le conduit 4 est alimenté en air par un ventilateur 17. La chaufferie qui vient d'être décrite concerne des installations fonctionnant avec un courant ascendant de produits de combustion. Dans une telle chaufferiel le conduit de transfert 2 va en s'évasant dans la direction de déplacement des produits de combustion, ce qui fait que la vitesse de déplacement du flux de produits de combustion diminue, ce qui contribue à l'amélioration du fonctionnement du séparateur 5. La paroi 18 du conduit de transfert 2 via lequel les produits de combustion sont déversés, est realisée avec un angle par rapport à lthori- zontale égal ou supérieur à l'angle de la pente naturelle du talus de la phase solide. Un déflecteur 20 est fixe à la partie inferieure du conduit de transfert 2 sur la paroi opposée 19 et sous un angle a par rapport à l'horizontale egal à l'angle de la pente naturelle du talus de la phase solide compris entre 450 et 60". Pour les chaufferies utilisant un courant descendant des produits de combustion (voir la Figure 2), le conduit de transfert 2 n'est pas évase, mais des ajutages 21 pour le chauffage de l'air de combustion sont montes dans le conduit de convection 3. Le séparateur electrique 10 est installé à la sortie des ajutages verticaux 21. La tubulure d'évacuation 13 des résidus cendreux du separateur electrique 10 est mise en communication avec le conduit de convection 3 et la tubulure d'évacuation de la partie de la phase solide conductrice de l'électricitéest relié au foyer 1 par l'intermédiaire d'une tremie intermédiaire 24 à l'aide d'un conduit 25. Les ajutages 21 (Figure 3) servent à chauffer l'air soufflé pour la combustion à l'aide des produits de la combustion qui s'échappent et à assurer, en outre, un régime de déplacement laminaire au flux des produits de combustion. Le flux des produits de combustion traverse les ajutages 21 qui prennent la forme de conduits parallèles parcourus par le flux des produits de la combustion et autour desquels est refoule l'air de soufflage. A la sortie des ajutages 21, la vitesse des gaz se ralentit, ce qui permet une meilleure séparation de la partie des produits de combustion conductrice de l'électricité. Le flux de produits dtcombustion du combustible passe à travers les électrodes à fentes 11 (Figure 4) du separateur électrique dans lequel les particules chargées d'électricité sont déviées sous l'action des électrodes 11 et chassées de l'entrefer 26 à travers les fentes 27 alors que les particules non-chargées tombent par gravité sous l'action de la gravitation. La chambre de foyer faisant objet de l'invention et utilisant un combustible solide fonctionne comme suit. Un combustible solide broyé est amene par un conduit 7 (Figure 1) et mélange avec de l'air de soufflage chauffé introduit par le conduit 4 dans la chambre de foyer 1. Le combustible est ensuite brûle dans le foyer 1. Le flux de produits résultant de la combustion du combustible est dirigé vers le conduit de transfert 2. Du fait que le conduit de transfert 2 est évasé, la vitesse du flux décroît et les particules solides formant la phase solide des produits de combustions se deposent sur la paroi 18 du conduit de transfert 2. Les particules déposées glissent jusqu'à la trémie du separateur à inertie 5. Le déflecteur 20 protège lenceinte de la trémie contre des perturbations engendrées par la variation de la vitesse du flux de produits de combustion qui se dirigent vers le conduit de convection 3. En outre, le déflecteur 20 fait fonction de séparateur retenant des particules solides dans la trémie. Au renversement de la direction du flux dans le conduit de convection 3, la vitesse des gaz est minimale, ce qui contribue à faire déposer des particules solides sur le déflecteur 20 d'ou elles glissent et arrivent dans la trémie du séparateur à inertie 5. La phase gazeuse débarrassée des particules solides des produits de combustion est évacuée dans le conduit de convection 3, tandis que- la phase solide se déverse du separateur à inertie 5 dans le séparateur electrique 10 où les particules conductrices de l'électricité et composées généralement de carbone sont chassées sous l'action du champ électrique de l'entrefer 26 (Figure 4) à travers les fentes 27 et sont dirigées vers la tubulure d'évacuation 14 de la partie conductrice de l'électricité de la phase solide. Ces particules sont entrainées par le flux d'air chauffé et sont envoyées dans le foyer 1 (Figure 1) pour entretenir la combustion.Les particules non-conductrices de l'electricite ombent entre les électrodes 11 et sont envoyées à travers la tubulure d'évacuation 13 des residus cendreux dans le réceptacle des cendres 16. La combustion d'un combustible dans la chambre de foyer qui comporte un courant descendant des proauits de combustion s'effectue de la manière suivante. Un combustible solide broyé est amené par un conduit 7 (Figure 2) et mélangé avec de l'air de soufflage chauffé introduit par le conduit 4 dans-le foyer 1 où le combustible est brûlé. Ensuite, le flux de produits de combustion est envoyé dans le conduit de transfert 2 et puis dans le conduit de convection 3. Les produits de la combustion du combustible traversent les ajutages 21 où l'écoulement devient progressivement laminaire. Ensuite, le flux est envoyé dans le séparateur électrique 10 où la phase solide passe dans un entrefer 26 entre les électrodes 11 et est séparée en une partie conductrice et une partie non-conductrice de l'électricité. La partie conductrice de l'électricité et contenant des particules de carbone est refoulée à travers les fentes 27 et est dirigée par la tubulure d'évécuation 14 pour la partie conductrice de l'électricité dans la trémie intermédiaire 24. Les particules déposées sont entraînées hors de la trémie 22 par un courant d'air et sont amenees dans le foyer 1. A partir de l'entrefer entre les électrodes 11, la partie non-conductrice de l'elec- tricité de la phase solide est dirigée avec le flux en phase gazeuse vers le conduit de convection 3. A la sortie des ajutages 21, la vitesse de la phase gazeuse décroît brusquement, ce qui facilite le processus de séparation et de dépôt de la phase solide. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus, qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. REVENDICATIONS 1.- Procede de combustion d'un combustible solide dans une chambre de foyer qui consiste à melanger le combustible solide broyé avec de l'air de combustion soufflé et chauffé, à amener le mélange dans le foyer de la chambre de foyer pour en réaliser la combustion, à évacuer une partie de produits résultant de la combustion du combustible et contenant des phases solide et gazeuse dans un conduit de convection de la chambre de foyer, à mélanger une partie des produits de combustion du combustible avec un flux d'air de combustion soufflé, caractérisé en ce qu'on sépare au préalable à l'aide d'un champ électrique la partie conductrice de l'électricité de la phase solide des produits de combustion, contenant principalement des résidus combustibles et la partie non-conductrice de l'électricité, puis on mélange la partie conductrice de l'électricité de la phase solide des produits de combustion avec un courant d'air de combustion soufflé et on la réinjecte dans le foyer pour en réaliser la combustion. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant de séparer la partie conductrice de l'électricité de la phase solide, on assure un régime d'écoulement laminaire au flux des produits de combustion. 3.- Chambre de foyer pour la mise en oeuvre du procédé de combustion selon la revendication 1, comportant un foyer relié par l'intermédiaire d'un conduit de transfert a un conduit de convection comportant un circuit de réchauffage de l'air de combustion amené par un conduit de retour au foyer, caractérisée en ce qu'elle comporte un séparateur electrique (10) muni d'électrodes à fentes (11) et disposé à la sortie d'un séparateur à inertie (5) et équipé d'une tubulure (13) d'évacuation des résidus cendreux et d'une tubulure d'évacuation (14) vers le foyer (1) de la partie de la phase solide conductrice de l'électricité. 4.- Chambre de foyer selon la revendication 3, caractérisée en ce que le conduit de transfert (2) s'évase dans la direction d'écoulement des produits de combustion 5.- Chambre de foyer selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que la paroi (18) du conduit de transfert (2) sur laquelle les résidus solides de la combustion entraînés par les gaz de combustion se deposent fait un angle par rapport à l'horizontale égal ou supérieur à l'angle de la pente naturelle du talus de la phase solide, et en ce qu'un déflecteur (20) est fixé au voisinage de la partie inférieure du conduit de transfert (2) sur la paroi opposée (19) à celle où. sue déposent les résidus solides et sous un angle par rapport à l'horizontale égal a l'angle de la pente naturelle du talus de la phase solide, 6.- Chambre de foyer selon la revendication 3, caractérisée en ce que dans le cas où elle est munie d'ajutages (21 pour le chauffage de l'air de combustion soufflé et qui sont disposés dans le conduit de convection (3), le séparateur électrique (10) est monté à la sortie des ajutages verticaux (21) et la tubulure d'évacuation (14) de la partie conductrice de l'elec tricité de la phase solide est reliée à la chambre de foyer (1).