Brevet FR2565128A1 — publié le 19851206

La présente invention est relative à un appareil, associé à un réacteur à lit fluidisé recyclé, qui permet de séparer les matières so- lides contenues dans les gaz de carneaux du réacteur et de recycler ces matières solides dans le réacteur. L'invention a pour objet la réalisation d'un appareil dans lequel les matières solides peuvent être séparées efficacement des gaz de carneaux d'un réacteur à lit fluidisé recyclé et recyclées à un emplace- ment déterminé dans le réacteur. La technique du lit fluidisé recyclé est utilisée depuis long- temps, par exemple dans les appareils de calcination, et récemment, sur une plus grande échelle, dans différents réacteurs comme les fours de com- bustion et les appareils de gazéification. Dans ces applications connues, la séparation des matières solides s'effectue dans un séparateur à cyclone d'un type classique comportant un fond en forme de trémie. La chambre cy- lindrique à tourbillon du cyclone est munie d'un tube d'évacuation des gaz qui dirige les gaz vers le haut tandis que les matières solides sont diri- gées vers le bas par une colonne montante et en traversant un piège à gaz. Ce piège à gaz a pour fonction d'emp cher les gaz du réacteur de pénétrer dans le cyclone en passant par la colonne montante. On utilise générale- ment comme piège à gaz un piège mécanique ou, dans les applications les plus récentes, un lit de sable fluidisé dans un tube en U. En particulier, dans les réacteurs à température élevée, le système de recyclage des ma- tières solides devient complexe et coûteux. Une partie de l'air nécessaire à la fluidisation dans le piège à gaz se dirige vers le haut dans la co- lonne montante, ce qui nuit à la séparation des matières solides, en parti- culier à la séparation des particules fines et légères. De plus, un courant de gaz ascendant réduit la capacité de transport de la colonne montante. Comme on le sait, il y a, au centre d'un cyclone classique, une forte dépression et une grande vitesse d'écoulement dans le sens axial, de sorte que le cyclone produit une aspiration à partir de la colonne mon- tante. Le courant d'aspiration qui est produit de cette manière n'a pas, en général, de vitesse tangentielle, de sorte que la presque totalité des matières solides que ce courant transporte sont expulsées à l'extérieur par le tube central du cyclone. Un système de recyclage comportant un cy- clone traditionnel est donc très sensible au courant d'aspiration à partir de la colonne montante et exige l'utilisation d'un piège à gaz efficace. -2 - Dans le cas des chaudières à vapeur, l'utilisation d'un cy- clone traditionnel conduit à des dispositifs désavantageux car un cyclone traditionnel subdivise la chaudière en une chambre de combustion séparée et en une partie pour convection située après le cyclone, l'équipement de recyclage des matières solides devant être intercalé entre ces deux parties. Les pièges à gaz de type mécanique sont soumis à une usure rapide, notamment quand les températures sont élevées, et les incidents de fonctionnement sont fréquents. On connaît également des dispositifs dans lesquels un cy- clone classique est installé à l'intérieur d'un réacteur et dans lesquels la totalité du système de recyclage des matières solides se trouve à l'in- térieur du réacteur. Ce dispositif présente cependant de graves inconvé- nients, notamment en ce qui concerne la corrosion et l'érosion du cyclone, car le refroidissement de la construction portante ne peut pas être réa- lisé d'une manière simple. De plus, ce système est, tout comme les cyclones classiques, sensible au courant d'aspiration à partir de la colonne montante. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'un appareil qui ne présente pas les inconvénients indiqués ci-dessus et qui assure une bonne-séparation. - Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que la séparation s'effectue en deux ou en plusieurs stades: dans un premier stade, les particules grosses et dures sont séparées à de faibles vitesses périphériques et, aux stades suivants, les particules plus petites sont séparées à des vitesses périphériques élevées. L'appareil suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux chambres à tourbillon contigées, concentriques, sensiblement horizontales, de dimensions différentes et comportant des ouvertures d'évacuation disposées concentriquement par rapport aux chambres à tourbillon., la chambre à tourbillon qui a le plus petit diamètre compor- tant un orifice d'entrée du gaz disposé concentriquement par rapport à la chambre à tourbillon, cet orifice d'entrée étant relié à l'ouverture d'é- vacuation des gaz de la chambre à tourbillon qui a le plus grand diamètre. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus dé- taillée en se référant-au dessin. La figure 1 est une coupe verticale d'un mode de réalisation de l'invention. - 3 - La figure 2 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 1. Sur les figures, la référence 1 désigne un réacteur verti- cal à lit fluidisé de la partie supérieure duquel les gaz de carneaux sor- tants vont dans la première chambre à tourbillon 2 faisant partie d'un ensemble de deux chambres à tourbillon d'un séparateur 4, l'entrée 3 des gaz étant disposée tangentiellement par rapport à la première chambre à tour- billon. Les matières solides séparées à la périphérie de la deuxième cham- bre à tourbillon sont évacuées à partir de la chambre en passant par une ouverture ménagée à la périphérie et sont recyclées dans le réacteur en suivant un conduit de retour 11l ou sont évacuées hors du système par le conduit d'évacuation 12. Les gaz épurés passent par une ouverture 14 ménagée dans l'une des extrémités 13 de la chambre à tourbillon 10 et vont dans une partie 9 assurant la convection. En ce qui concerne le mode d'écoulement, le système suivant l'invention diffère d'un système traditionnel par exemple en ce que les matières solides sont recyclées dans le réacteur en étant transportées par le courant de gaz (1 à 10 % des gaz). Comme les matières solides sont évacuées à la périphérie de la chambre à tourbillon, o la vitesse des ma- tières solides est à son maximum, la séparation s'effectue dans d'excel- lentes conditions. Le dispositif suivant l'invention présente des avantages de construction évidents, notamment une structure compacte, la suppression de joints de dilatation et la possibilité de&mettre le réacteur sous pression sans frais complémentaires importants. Les matières solides peuvent être évacuées hors de la cham- bre à tourbillon en passant par une ouverture qui s'étend sur toute la longueur de la chambre à tourbillon et par un conduit de retour relié à cette ouverture, ou par différentes ouvertures voisines et différents conduits de retour. Les conduits de retour peuvent être munis de manchons de refroidissement si les matières qui doivent être recyclées dans le réacteur doivent être refroidies. Les conduits de retour peuvent être munis de vannes qui permettent de fermer certains conduits. Les points de jonction des conduits -4- de retour avec le réacteur peuvent être placés à différentes hauteurs ce qui permet d'envoyer les matières solides à l'emplacement voulu. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit à titre d'exemple et on peut y apporter différentes modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATION Appareil associé à un réacteur à lit fluidisé recyclé et permettant de séparer les matières solides contenues dans les gaz de carneaux du réacteur et de recycler ces matières solides dans le réacteur, caractérisé en ce qu'il comprend deux chambres à tourbillon contigies (2, 10) qui sont essentiellement horizontales et disposées concentriquement, ont des dimensions différentes et comportent des ouvertures de sortie (8, 14) disposées concentriquement par rapport aux chambres à tourbillon, la chambre à tourbillon (10) qui a le plus petit diamètre étant équipée d'une ouverture d'entrée du gaz qui est disposée concentriquement par rapport à la chambre à tourbillon, cette ouverture d'entrée étant reliée à l'ouverture de sortie (5) des gaz ménagée dans la chambre à tourbillon (2) qui a le plus grand diamètre, un conduit d'arrivée (3) des gaz relié tangentiellement à la chambre à tourbillon qui a le plus grand diamètre et au réacteur (1), et des ouvertures d'évacuation (5) qui sont ménagées à la périphérie des chambres à tourbillon (2, 10) auxquelles des conduits de retour (6, 11) reliés au réacteur sont reliés pour le recyclage des matières solides séparées.