Brevet FR2555710A1 — publié le 19850531

La présente invention concerne la combustion ou la gazéification en lit fluidisé de combustibles solides. Dans le domaine de la combustion, l'utilisation d'un foyer à lit fluidisé à grille mécanique ascendante, du type fonctionnant avec agglomération des cendres, connu sous le nom de IGNIFLUID, a donné jusqu'ici satisfaction. En réalité la géométrie du lit, à profondeur décroissante, présente quelques inconvénients. Pour une hauteur de lit donnée, donc une perte de charge donnée, et une grille de surface donnée, le volume utile global du lit est plus petit que si la grille avait une pente plus faible. Par ailleurs, la profondeur variable nécessite l'emploi de multiples caissons de soufflage munis de registres engendrant des pertes de charge stériles et une complication de la régulation. De plus, c'est dans la zone où la profondeur est la plus faible et la concentration en carbone la plus faible1 que le débit d'air à tendance à être le plus grand, alors que le contraire serait préférable.Enfin, la zone arrière de faible profondeur conduit à une forte température locale et à des agglomérats parfois gênantss On a pensé à remplacer la grille mobile par une grille fixe semblablement inclinée et munie éventuellement de barreaux basculants. De telles réalisations ont été décrites dans les demandes de brevet français NO 83/16290 et 83/18009 déposées respectivement les 13 octobre et 14 novembre 1983 au nom de la société demanderesse. Les inconvénients précités n'ont pas tous été éliminés, et des inconvénients supplémentaires sont apparus. Dans le cas d'une grille à barreaux basculants, ces derniers ont la tâche difficile de faire remonter la pente aux agglomérats de mâchefers formés. En gazéification, la zone arrière produit un gaz oxydant qui brûle une partie du gaz produit en avant. Le gaz obtenu s'en trouve sensiblement dégradé. La présente invention a surtout pour but d'éliminer les inconvénients susmentionnés. Elle a plus précisément pour objet un procédé pour la combustion ou la gazéification en lit fluidisé de com bustibles solides, consistant à créer sur une grille rectangulaire un lit fluidisé ayant, vu en plan, une forme allongée, et en section transversale, une forme trapézoldale évasée vers le haut, et à assurer dans le lit une circulation méthodique longitudinale du combustible et des résidus solides de la combustion ou de la gazéification, depuis son extrémité avant où le lit est alimenté en combustible, jusqu'à son extrémité arrière où lesdits résidus sont évacués, caractérisé en ce que la profondeur du lit croit de l'avant vers l'arrière ou est sensiblement constante, de telle sorte que le produit h.t soit maintenu sensiblement constant ou décroisse légèrement, h désignant la profondeur du lit et t sa teneur en carbone au point considéré. Elle a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant au moins un caisson de soufflage recouvert par une grille rectangulaire fixe formant distributeur du gaz de soufflage, caractérisé en ce que ladite grille est inclinée vers le bas depuis son extrémité avant où le lit est alimenté en combustible, jus qutà son extrémité arrière -où sont évacués les résidus de la combustion ou de la gazéification. Suivant une variante, la grille peut être sensiblement horizontale. La grille est bordée de talus de combustible sur ses quatre côtés. La grille est constituée de barreaux fixes ou de barreaux basculants aptes à déplacer longitudinalement les résidus solides de la combustion ou de la gazéification. Suivant un premier cas, où il nty a pas agglomération des cendres, il est prévu un tube d'évacuation de celles ci,qui qui les reçoit par débordement au dessus du talus arrière. Suivant un deuxième cas, où il y a agglomération des cendres, il est prévu, sous le talus arrière, une trappe d'évacuation périodique des mâchefers agglomérés, que cette agglomération soit accidentelle ou systématique. Llévacuation des agglomérats peut être assurée en continu par une vanne sélective présentant un col de venturi dont le divergent débouche dans le lit fluidisé au voisinage du talus arrière, une injection continue de gaz sous pression en amont du convergent, permettant de refouler dans le lit les fines particules et autorisant la chute des agglomérats. Lorsqu'il n'y a pas agglomération des cendres, il est prévu une tuyère de soufflage pour empécher les projections directes et intempestives de combustible imbrûlé dans le tube d'évacuation des cendres. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant plusieurs formes de réalisation données à titre d'exemples non limitatifs La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, suivant la ligne B-B de la figure 2, du dispositif selon une première forme de l'invention. La figure 2 en est une vue en coupe transversale suivant la ligne A-A de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe longitudinale du dispositif selon une deuxième forme de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale, suivant la ligne D-D de la figure 5, du dispositif selon une troisième forme de 11 invention. La figure 5 en est une vue en coupe transversale suivant la ligne C-C de la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale du dispositif selon une quatrième forme de l'invention. La figure 7 en est une vue en coupe transversale suivant la ligne E-E de la figure 6. Sur les figures 1 et 2Jon on a représenté le dispositif prévu pour les cas où il n'y a pas d'agglomération et où la température est telle, 8000C par exemple, que l'on peut éviter la formation, même accidentelle, de tout agglomérat. Sur ces figures, le repère 1 désigne la paroi avant du foyer, et les repères 2 et 3 ses parois latérales. La paroi 1 est munie d'une ou plusieurs goulottes 4 d'alimentation en combustible. Le repère 5 désigne la paroi arrière. Le fond de la chambre C délimitée par lesdites parois est constitué par une grille rectangulaire fixe 6 inclinée vers le bas de l'avant vers l'arrière. Ladite grille est bordée sur ses quatre côtés de surfaces planes 7, 8, 9 et 10 sur lesquelles reposent des talus de combustible. Le repère 7' désigne le talus formé contre la paroi avant 1, les repères 8' et 9' désignent respectivement les talus formés contre les parois latérales, tandis que le repère lOt désigne le talus arrière formé à une certaine distance de la paroi 5. Au dessous de la grille 6 sont disposés deux caissons de soufflage 11 et 12, chacun d'eux pouvant être divisé en deux compartiments transversalement jumelés, tels que 12' et 12", ayant chacun leur tubulure d'alimentation 13' et 13" en gaz de soufflage. Le repère L désigne le lit fluidisé d'où les cendres sont évacuées par débordement au dessus du talus 10' dans un tube 14 de section rectangulaire aménagé entre la paroi arrière 5 et le talus 10' auquel il sert d'appui. Le lit L présente, vu en plan, une forme allongée, et en section transversale, une forme trapézoidale évasée vers le haut comme cela apparaît nettement sur la figure 2. Une trappe 15 est prévue à la base du talus 10' en vue de pouvoir effectuer la vidange éventuelle du lit L. Au dessous de chaque caisson, tel que 12, est prévue une trémie 16 munie d'un sas 17 pour l'évacuation des particules (fraisils) qui auraient pu traverser la grille 6. Un tube de refroidissement 26 en forme de U longe les trois talus 7t, 8' et 9' à leur base. Au moins une tuyère 27, aménagée à travers la paroi arrière 5, est prévue pour éviter les projections directes intempestives de combustible imbrûlé, dans le tube 14. Cette tuyère est alimentée par un gaz qui peut être de l'air dans le cas d'une combustion, ou du gaz recyclé dans b cas d'une gaZéification. Sur la figure 3 on a représenté le dispositif prévu pour le cas où il n'y a pas normalement d'agglomération de cendres, mais où des agglomérats peuvent se former accidentellement. Sur cette figure, cemme sur les suivantes, on a adopté les mêmes repères que sur les figures 1 et 2 pour désigner les éléments identiques ou équivalents. On limitera la description aux éléments essentiellement différents. La grille 6 est ici constituée de barreaux basculants, tels que 18, disposés parallèlement à la suite les uns des autres avec un faible intervalle. Ces barreaux sont avantageusement en nombre pair pour chaque caisson Il et 12, et les barreaux de même parité sont accouplés entre eux, de manière à soulever alternativement l'ensemble des barreaux 18 de même parité par un moyen de commande usuel, tel que celui décrit dans la demande 83/18009 précitée. Les cendres sont évacuées de la même manière que dans le cas précédent. Par contre, la trappe 15 est apte à évacuer périodiquement les agglomérats susceptibles de se former accidentellement, lesdits agglomérats étant transportés par la grille 6 qui les déplace longitudinalement. Sur les figures 4 et 5 on a représenté le dispositif prévu pour le cas où il y a agglomération permanente. La grille 6 transporte, gracie à ces barreaux basculants 18, de l'avant vers l'arrière de ladite grille, les résidus solides de la combustion ou de la gazéification, essentiellement des agglomérats qui sont évacués périodiquement par la trappe 15. Le tube 14 n'a ici aucune raison d'être, de sorte que le talus lO' s'appuie directement contre la paroi arrière 5. Sur les figures 6 et 7, on a représenté le dispositif prévu pour un cas d'utilisation analogue à celui des figures 4 et 5, mais avec évacuation des agglomérats en continu. A cet effet)il est prévu une vanne sélective, connue en soi, repérée 19 dans son ensemble. Cette vanne comprend un venturi dont le col est repéré 20. Le divergent 21 dudit venturi débouche dans le lit fluidisé L au voisinage du talus arrière 10' entre ledit talus et la grille 6. Le repère 22 désigne le convergent du venturi précédé par un tube cylindrique 23. Sur ce dernier vient se brancher une tubulure 24 alimentée en gaz sous pression. Sous l'effet de l'injection du gaz sous pression à travers le venturi 20, 21, 22 les fines particules sont refoulées dans le lit fluidisé L, tandis que les agglomérats tombent par le tube 23 dans un cendrier 25. Quel que soit le cas de figure envisagé, la circulation dans le lit L est toujours méthodique. Cette méthodicité est assurée en donnant au lit fluidisé L une longueur minimale importante par rapport à l'aq > litude de la turbulence longitudinale, et en prévoyant l'alimentation en combustible à une seule extrémité du lit, et l'extraction des résidus à l'autre extrémité. En raison de cette méthodicité les résidus évacués à l'extrémité de la grille 6 à barreaux basculants 18 ne contiennent qu'une très faible teneur t en carbone. La grille 6 est inclinée de telle sorte que le produit h x t de la hauteur du lit en un point quelconque par la teneur t en carbone soit maintenu sensiblement constant. Dans le cas où il ne serait prévu qu'un seul caisson de soufflage, si le produit h.t est rigoureusement constant, la plus forte résistance hydrostatique à l'arrière conduit à un débit naturel de gaz plus faible. Ceci présente deux inconvénients; D'abord le débit de gaz serait variable d'une ,verticale à l'autre avec un produit h.t constant, donc un débit de gaz non proportionnel à h.t. Ensuite la vitesse de fluidisation serait hétérogène entre les différentes verticales. Ceci peut être compensé, au moins pour une charge donnée, par le choix d'une hauteur h telle que h.t soit non pas sensiblement constant, mais légèrement décroissant. On peut être ainsi amené à prévoir une grille sensiblement horizontale. Bien que l'invention ait été décrite en référence à plusieurs formes de réalisation, il va de soi qu'elle ne leur est en rien limitée, et que des modifications pourront y être apportées sans sortir de son domaine. Le gaz da soufflage peut être de l'air, de l'air enrichi, ou de l'oxygène avec vapeur d'eau. On pourra, bien entendu, remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre les exemples décrits, leurs différentes variantes d'exécution possibles, dans les limites définies par les revendications. REVENDICA~IONS 1. Procédé pour la combustion ou la gazéification en lit fluidisé de combustibles solides, consistant à créer sur une grille rectangulaire (6), un lit fluidisé (L) ayant, vu en plan, une forme allongée, et en section transversale, une forme trapézoidale évasée vers le haut, et à assurer dans le lit (L) une circulation méthodique longitudinale du combustible et des résidus solides de la combustion ou de la gazéification, depuis son extrémité avant où le lit (L) est alimenté en combustible, jusqu'à son extrémité arrière où lesdits résidus sont évacués, caractérisé en ce que la profondeur du lit (L) croît de lavant vers l'arrière ou est sensiblement constante, de telle sorte que le produit h.t soit maintenu sensiblement constant ou décroisse légèrement, h désignant la profondeur du lit (L) et t sa teneur en carbone au point considéré. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant au moins un caisson de soufflage (11, 12) recouvert par une grille rectangulaire fixe (6) formant distributeur du ga de soufflage, caractérisé en ce que ladite grille est inclinée vers le bas, depuis son extrémité avant où le lit (L) est alimenté en combustible, jusqu'à son extrémité arrière où sont évacués les résidus de la combustion ou de la gazéification. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, comprenant un caisson de soufflage (11 ou 12) recouvert par une grille rectangulaire fixe (6) formant distributeur de gaz de soufflage, caractérisé en ce que ladite grille est sensiblement horizontale, depuis son extrémité axant où le lit (L) est alimenté en combustible, jusqu'a son extrémité arrière où sont évacués les résidus de la combustion ou de la gazéification. 4. Dispositif suivant l'une des revendications 2 ou 3, carac térise en ce que la grille (6) est bordée de talus de combus tible (7', 8', 9', 10') sur ses quatre côtés. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la grille (6) est constituée de barreaux fixes. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la grille (6) est constituée de barreaux basculants (18) aptes à déplacer longitudinalement les résidus solides de la combustion ou de la gazéification. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il est prévu un tube d'évacuation des cendres pulvérulentes (14) qui reçoit ces dernières par débordement au dessus du talus arrière (10'). 8. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu sous le talus arrière (10'), une trappe (15) d'évacuation périodique des mâchefers agglomérés qui se forment accidentellement ou systèmatiquement. 9. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'évacuation des agglomérats est assurée en continu par une vanne sélective (19) présentant un col de venturi (20) dont le divergent (21) débouche dans le lit fluidisé (L) au voisinage du talus arrière (-10'), une injection continue de gaz sous pression en amont du convergent (22-) permettant de refouler dans le lit (L) les particules pulvérulentes et autorisant la chute des agglomérats. 10. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est prévu une tuyère de soufflage (27) pour éviter les projections directes et intempestives de combustible imbrûlé dans le tube (14) d'évacuation des cendres.