Brevet FR2563444A1 — publié le 19851031

L'invention a pour objet un injecteur de gaz de flui- disation dans un lit de matière à fluidiser grace auquel on peut mettre progressivement ce lit à l'état fluidisé sans avoir à se servir d'une source d'air comprimé au moment du démarrage de la fluidisation; il permet notamment de simplifier la commande de mise en marche d'une installation utilisant un lit fluidisé avec un tel injecteur. Un injecteur conforme à l'invention pour la fluidisa- tion d'un lit de matière contenue dans une enceinte ayant un fond, entre un niveau inférieur de repos de ce lit et un niveau supérieur de fluidisation totale, comprend au moins une con- duite destinée à être raccordée à une extrémité à une arrivée de gaz de fluidisation et à s'étendre entre le fond de l'en- ceinte et le niveau supérieur de fluidisation; dans chacun de plusieurs plans espacés dans le sens de sa longueur et des- tinés à être étagés entre le fond et le niveau supérieur de fluidisation, cette conduite, ou chaque conduite, est pourvue d'au moins une buse latérale de soufflage; en outre, il exis- te un moyen de mise en communication successive ou d'isolation successive, par rapport à l'arrivée de gaz de fluidisation, de la buse ou des buses de soufflage situées dans les plans éta- gés successifs en commençant par la ou les buses les plus élevées en position d'utilisation au début de l'alimentation. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, l'injecteur comprend plusieurs conduites dressées, réunies en faisceau, ayant chacune au moins une buse latérale de souf- flage dans un des plans espacés; le moyen de mise en commu- nication et d'isolation successive comprend un organe d'ouver- ture et de fermeture monté à une extrémité, de préférence l'extrémité inférieure de chaque conduite, tous ces organes étant raccordés à l'arrivée de gaz de fluidisation. Les orga- nes en question peuvent être individuels ou être rassemblés en un organe collectif à condition que les buses latérales situées dans des plans étagés puissent être mises en service ou hors service successivement les unes après les autres dans l'ordre désiré. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'injecteur est constitué par une première conduite montée coaxialement à une seconde conduite; l'une de ces conduites est raccordée par une extrémité à l'arrivée de gaz de fluidi- sation et l'autre conduite est pourvue dans des plans espacés d'une et de préférence de plusieurs buses latérales de souf- flage s'ouvrant dans le lit de matière; un obturateur trans- versal intérieur est monté déplaçable par exemple par coulis- sement en sens longitudinal dans la conduite munies des buses latérales. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, l'injecteur est constitué par une conduite raccordée à son extrémité supérieure à l'arrivée de gaz de fluidisation et elle est pourvue dans des plans espacés d'une et de préférence de plusieurs buses latérales de soufflage; un obturateur transversal intérieur est monté déplaçable par exemple par coulissement en sens longitudinal dans cette conduite. Dans une enceinte de fluidisation, quel qu'en soit l'usage par ailleurs, on peut monter plusieurs injecteurs conformes à l'invention, en nombre suffisant pour qu'ils assu- rent à eux seuls la totalité du soufflage nécessaire à la fluidisation; on peut aussi monter quelques injecteurs seu- lement en combinant leur action à celle d'une grille de souf- flage; dans ce cas, les injecteurs ont pour râle principal d'assurer le démarrage de la fluidisation sans qu'il soit obligatoire de souffler de l'air comprimé à pression élevée à travers la grille. L'invention couvre aussi toute enceinte de fluidisation pourvue d'au moins un injecteur tel que défini plus haut. Dans certaines circonstances, l'injecteur utilisé a au moins une buse latérale de soufflage située à un niveau supérieur au plus haut niveau de fluidisation à l'intérieur de l'enceinte de fluidisation. On donnera maintenant, sans intention limitative et sans exclure aucune variante, une description de plusieurs exemples de réalisation; on se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un dessin schématique d'un exemple d'exécu- tion selon le premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 2A et 2B sont des dessins schématiques de deux variantes d'exécution selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est un dessin schématique d'un exemple d'exécu- tion selon le troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue de dessus de l'injecteur de la figu- re 3, sans son moyen d'obturation mobile, - la figure 5 est une représentation schématique d'une chau- dière de combustion à lit fluidisé équipée d'injecteurs conformes au troisième mode de réalisation de l'invention. Dans l'exemple illustré par la figure 1 l'injecteur désigné par la référence générale 1 comprend plusieurs condui- tes 2A, 2B, 2C, 2D, etc..., dressées, réunies en faisceau, qui ont des longueurs différentes à partir d'une extrémité située dans un même plan horizontal commun 3 bien que cette disposi- tion ne soit pas strictement obligatoire. Chaque conduite 2A, 2B, 2C, 2D, etc... est terminée à son extrémité supérieure par au moins une buse latérale 4 qui s'étend horizontalement, de préférence, à l'intérieur d'un lit de matière à fluidiser (non représentée). Dans cet exemple, il existe une conduite centra- le plus longue 2A ayant à son sommet plusieurs buses latérales rayonnantes 4. Les autres conduites 2B, 2C-2D sont plus cour- tes et, du fait du groupement en faisceau, sont pourvues à leur sommet d'un nombre moins élevé de buses latérales 4 mais elles peuvent être en nombre plus grand, en compensation. On dispose ainsi d'un nombre quelconque désiré de buses latérales de soufflage 4 dans plusieurs plans I, II, III, etc... indi- qués par des traits mixtes. Ces plans sont espacés dans le sens longitudinal de l'injecteur et sont étagés en sens vertical en position d'utilisation. A son extrémité opposée aux buses 4, chaque conduite 2A, 2B, 2C, 2D, etc.. . est raccordée à un moyen 5 de mise en communication ou d'isolation par rapport à une arrivée 6 de gaz de fluidisation. Ce moyen 5 peut être constitué par un corps cylindrique fixe 7, raccordé à une extrémité à l'arrivée 6 de gaz, et ayant sur une génératrice des embouts 8 pour le raccordement successif des conduites 2A, 2B, 2C, 2D, etc... par groupe de conduites dont les buses latérales 4 sont dans un même plan I, II, III, etc... Dans le corps fixe 7 est ins- tallé un rotor cylindrique 9 accouplé en rotation à un moteur 10. Ce rotor cylindrique 9 est percé, en correspondance avec les plans transversaux passant par les embouts de raccorde- ment 8, de trous 11. Ces derniers sont situés sur des généra- trices espacées et sont en nombre croissant d'une unité à cha- que génératrice. De cette façon, on peut alimenter en gaz de fluidisation d'abord la conduite 2A la plus haute dont les buses latérales 4 sont au niveau du plan I; après une rota- tion d'une fraction de tour du rotor 9, on peut alimenter simultanément la conduite 2A et la conduite 2B, c'est-à-dire les buses latérales 4 des plans I et II les plus élevées; après une autre rotation d'une fraction de tour du rotor 9, on alimente simultanément les conduites 2A, on alimente simul- tanément les conduites 2A, 2B, 2C-2D, c'est-à-dire les buses latérales des trois plans I, II, III. En sens inverse, on peut progressivement mettre au repos les buses 4 du plan III en laissant celles des plans II et I en activité, puis celles du plan II et enfin mettre au repos la totalité des buses 4. On pourra trouver une description complète du moyen 5 en se reportant au document FR-A-84-01861. Bien entendu, tout autre moyen équivalent dans son résultat pourrait être utilisé en remplacement de celui qui vient d'être décrit, comme par exemple un jeu de vannes clas- siques individuelles. Il n'est pas nécessaire d'utiliser autant de vannes que de buses latérales 4. Il suffit d'uti- liser autant de vannes que de plans I, II, III, etc..., les buses 4 de chaque plan étant commandées par la même vanne. On peut ainsi non seulement alimenter successivement les buses 4 de chaque plan I, II, III, etc..., mais encore régler le débit de gaz injecté dans chaque plan au moyen d'une seule vanne 25634 44 (par exemple en fonction de la nature du combustible utilisé dans le cas d'application à une chaudière de combustion en lit fluidisé). Dans l'exemple illustré par les figures 2A et 2B, l'injecteur 1 est constitué par une première conduite 12 mon- tée coaxialement à une seconde conduite 13 moins grosse con- tenue dans la première conduite 12. La conduite extérieure 12 est fermée par un fond 14 à son extrémité et la conduite inté- rieure 13 est ouverte et espacée du fond 14 de sorte que le volume intérieur 15 de la seconde conduite intérieure 13 est en communication avec le volume annulaire 16 qui existe entre les deux conduites 12, 13. Sur l'injecteur de la figure 2A, des buses latérales 4 partent de la seconde conduite intérieure 13 et s'étendent au-delà de la première conduite extérieure 12 jusque dans le lit fluidisé (non représenté). Ces buses latérales 4 sont éga- lement espacées dans le sens longitudinal des conduites 12, 13, dans des plans successifs étagés I, II, III, IV, V, VI, indiqués par des traits mixtes. Dans chaque plan, les buses latérales 4 sont espacées également en sens circonférentiel, mais elles sont aussi, de préférence, décalées en sens circon- férentiel, de 45 par exemple, entre les plans successifs. Le diamètre des buses latérales 4 de chaque plan est calculé de façon connue en soi, en fonction de la perte de charge correspondante du lit fluidisé et du débit de gaz à injecter. Sur l'injecteur de la figure 2B, les buses latérales 4 s'étendent à partir de la première conduite extérieure 12, avec une disposition en plusieurs plans successifs, comme expliqué ci-dessus. Dans ces deux exemples, celle des conduites qui n'est pas pourvue de buses latérales 4, donc la conduite extérieure 12 sur la figure 2A et la conduite intérieure 13 sur la figure 2B, est raccordée par son extrémité inférieure à l'arrivée de gaz de fluidisation, ainsi qu'on l'a suggéré par des flèches F sur ces figures. Dans les deux cas aussi le moyen de mise en communi- cation et d'isolation est constitué par un obturateur trans- versal intérieur 17 monté coulissant dans le sens longitudinal dans la conduite qui est pourvue de buses latérales 4. Dans le cas de la figure 2B, l'obturateur 17 est annulaire et il cou- lisse aussi le long de la surface extérieure de la conduite intérieure 13 qu'il entoure. Chaque obturateur 17 est fixé à un organe de manoeuvre 18 qui permet de lui donner des posi- tions successives entre les plans I, II, III, etc... ou se trouvent les buses latérales 4. Dans l'exemple de la figure 2A, le gaz de fluidisation qui arrive dans la conduite extérieure 12 emprunte le canal annulaire 16, pénètre dans la conduite intérieure 13 et sort par les buses latérales 4 auxquelles la position de l'obtura- teur 17 lui permet d'accéder. Il en est de même dans l'exemple de la figure 2B sauf que le gaz de fluidisation arrive par la conduite intérieure 13 avant d'entrer dans la conduite exté- rieure 12 et, de là, sortir par les buses latérales 4. On peut constater que les buses latérales 4 du plan I le plus élevé sont mises en service en premier, puis on y ajoute ensuite, successivement, celles des plans II, III, etc... Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 3, l'injecteur 1 est constitué par une seule conduite dressée 19 à partir de laquelle s'étendent des buses latérales 4 disposées comme expliqué précédemment dans des plans étagés I, II, III, IV. Cette conduite 19 est fermée par un fond 14 à son extrémité inférieure et elle est raccordée à l'arrivée de gaz de flui- disation, comme suggéré par des flèches F, à son extrémité supérieure. Un obturateur mobile 17 est déplaçable dans cette conduite 19, à partir du haut, au moyen d'un organe de manoeu- vre. Comme expliqué ci-dessus, il est possible de mettre en service toutes les buses latérales 4 progressivement, en com- mençant par celles du plan I le plus élevé. La figure 4 montre que les buses 4 sont régulièrement espacées circonférentiellement et, de préférence, déportées 2563444' angulairement entre les plans I, II, III, etc... successifs ainsi qu'on l'a déjà dit-. La figure 5 illustre un exemple d'utilisation de l'in- jecteur 1 de l'invention. Il s'agit ici d'une chaudière de combustion en lit fluidisé d'un combustible en grains. Ce der- nier arrive dans le foyer 20 par une canalisation d'alimenta- tion 21. A l'arrêt, le combustible 22 occupe le volume dispo- nible entre le fond 23 du foyer et un niveau inférieur N1 qui est le niveau du lit au repos; quand il est fluidisé de ma- nière incomplète, le lit atteint un niveau plus élevé N2; à l'état de fluidisation complète, le lit peut atteindre un niveau N3 encore plus élevé. La canalisation d'alimentation 21 débouche dans le foyer 20 au niveau N1 ou au-dessus de ce dernier. A son sommet, le foyer est fermé par une paroi supé- rieure 24 et un conduit 25 sert à l'évacuation des fumées. Dans ce foyer sont disposés plusieurs injecteurs 1 qui sont du type illustré par la figure 3; ces injecteurs traver- sent donc la paroi supérieure 24 de sorte que les organes de manoeuvre 18 des obturateurs mobiles 17 sont accessibles à l'extérieur du foyer. Les injecteurs 1 s'étendent entre le fond 23 du foyer jusqu'au-dessus du niveau N3 de fluidisation com- plète. Les buses latérales 4 des injecteurs 1 sont situées sur plusieurs plans étagés I à VII indiqués par des traits mixtes de sorte que les buses 4 des plans II à VII les moins élevés sont noyées dans le lit au repos en-dessous du niveau N1 de ce dernier. Dans cet exemple particulier, les buses 4 du plan I le plus élevé se trouvent au-dessus du niveau N3 du lit à l'état totalement fluidisé; elles peuvent servir à l'envoi d'air secondaire de combustion. Quel que soit l'état dans lequel se trouve le lit, même au repos, on peut le fluidiser sans utilisation d'air com- primé en mettant en service les buses 4 situées dans le plan juste endessous du niveau atteint par le lit. Par exemple, à partir du lit au repos, on met en service, en faisant descen- dre les obturateurs 17, les buses de soufflage 4 situées dans 2563444' les plans I, II; les buses 4 du plan II sont recouvertes par une faible couche du lit si bien que le gaz qu'elles soufflent met facilement cette couche en état de fluidisation; la même opération se produit successivement, à l'aide des buses des plans III, puis IV, jusqu'à VII, pour la fluidisation des cou- ches qui les recouvrent. Quand les obturateurs 17 de tous les injecteurs 1 atteignent leur position la plus basse, toutes les buses latérales 4 sont en service et le lit fluidisé at- teint son niveau N3 le plus élevé. Il est préférable de mettre les injecteurs 1 en posi- tion verticale, mais il est possible aussi de leur donner une inclinaison tant que celle-ci n'empêche pas de mettre les buses latérales 4 dans des plans étagés comme on l'a expliqué; l'espacement de ces plans n'est pas nécessairement constant; on peut être conduit dans certaines circonstances à prévoir un espacement différent des plans qui contiennent les buses de soufflage 4. 2563444. REVENDICATIONS 1 / Injecteur pour la fluidisation entre un niveau inférieur et un niveau supérieur d'un lit de matière contenue dans une enceinte ayant un fond, caractérisé en ce qu'il com- prend au moins une conduite (19) destinée à être raccordée par une extrémité à une arrivée de gaz de fluidisation et à s'é- tendre dans ladite enceinte entre le fond de celle-ci et le niveau supérieur de fluidisation, cette conduite (19) ou cha- que conduite (2A, 2B, 2C, 2D,...) étant pourvue dans chacun de plusieurs plans (I, II, III,...) espacés dans le sens de sa longueur et destinés à être étagés entre le niveau--supérieur de fluidisation et le fond de l'enceinte d'au moins une buse latérale (4) de soufflage de gaz de fluidisation, cependant qu'un moyen (5) permet la mise en communication successive ou l'isolation successive, par rapport à l'arrivée de gaz de flui- disation, de la buse (4) ou de l'ensemble des buses (4) situées dans les plans espacés successifs (I, II, III,...) à partir des plus élevés. 2 / Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs conduites (2A à 2D) dressées, réunies en faisceau, ayant chacune au moins une buse latérale (4) de soufflage dans un des plans étagés (I, II, III,...), le moyen (5) de mise en communication et d'isolation successi- ves comprenant au moins un organe d'ouverture et de fermeture (7, 9) monté à une extrémité de chaque conduite (2A à 2D) et raccordé à l'arrivée de gaz de fluidisation. 3 / Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par une première conduite extérieure (12) obturée par un fond (14) à une de ses extrémités, une seconde conduite (13) montée à l'intérieur de la première con- duite (12) et n'atteignant pas le fond (14), l'une de ces con- duites (12, 13) étant pourvue dans des plans étagés de buses latérales de soufflage (4) espacées circonférentiellement et obturée à son extrémité éloignée du fond (14) tandis qu'un ob- turateur transversal mobile (17) à organe de manoeuvre (18) est monté dans ladite conduite munie des buses latérales (4), la 2563444. conduite dépourvue de buses de soufflage (4) étant raccordée à l'arrivée de gaz de fluidisation par son extrémité éloignée du fond (14). 4 / Injecteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la conduite pourvue des buses latérales (4) est la seconde conduite intérieure (13), ces buses (4) s'étendant au-delà de la première conduite extérieure (12). / Injecteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que la conduite pourvue des buses latérales (4) est la pre- mière conduite extérieure (12), l'obturateur (17) étant annu- laire et déplaçable le long des deux conduites (12, 13). 6 / Injecteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par une conduite (19) pourvue dans des plans espacés dans son sens longitudinal de buses latérales de soufflage (4) espacées circonférentiellement, obturée à une extrémité par un fond (14) et raccordée à son extrémité opposée à l'arrivée de gaz de fluidisation, un obturateur transversal mobile (17) à organe de manoeuvre (18) étant monté dans ladite conduite (19). 7 / Enceinte de fluidisation caractérisée en ce qu'el- le est équipée d'au moins un injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, les buses latérales (4) de ce ou de ces injecteurs (1) étant disposées dans des plans étagés (I, II, III,...) entre le fond de ladite enceinte et le niveau (N3) de fluidisation complète de la matière contenue dans ladite enceinte. 8 / Enceinte de fluidisation selon la revendication 7 caractérisée en ce que l'injecteur ou chaque injecteur (1) est pourvu d'au moins une buse (4) de soufflage située au-dessus du niveau (N3) du lit mis à l'état totalement fluidisé. 9 / Enceinte de fluidisation destinée à la combustion d'un combustible en grains en présence d'air utilisé comme gaz de fluidisation, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'au moins un injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.