Brevet FR2582540A1 — publié le 19861205

L'invention a pour objet un dispositif utilisable pour le contrôle de l'alimentation en gaz de fluidisation des ouvertures de soufflage de ce gaz à travers une grille de fluidisation. Plus précisément, le dispositif de l'invention a pour rôle de laisser passer le gaz de fluidisation en permettant d'en ajuster le débit relatif entre les diverses ouvertures de soufflage et de s'opposer à la descente de la matière fluidisée à l'intérieur des tubes d'arrivée du gaz de fluidisation pendant l'arrêt de la fluidisation. Il doit être entendu que Le mot grille est utilisé ici avec le sens le plus large pour désigner toute pièce présentant des ouvertures de soufflage d'un gaz de fluidisation quelle qu'en soit la configuration particulière par ailleurs. En outre, ainsi qu'on le comprendra plus loin, l'invention est utilisable avec la grille de tout appareil à lit fluidisé ; en particulier avec tous les réacteurs de traitement en lits fluidisés. Elle s'emploie aussi bien avec les réacteurs pour simples traitements thermiques par un gaz fluidisant chaud ou froid qu'avec les réacteurs pour traitements plus complexes d'une matière en particules soit par le contact du gaz de fluidisation avec la matière, soit par le contact entre elles de particules de matières différentes. Dans certaines installations, la grille de fluidisation a une épaisseur importante et elle comprend dans son épaisseur des cavités évasées vers le haut, par exemple des troncs de pyramide ou des troncs de cône, renversés, auxquels aboutissent des canaux d'alimentation en gaz de fluidisation. Ces cavités évasées sont disposées en rangées parallèles. Leur section totale forme un polygône qui peut être inscrit dans un plateau rond, carré ou rectangulaire. L'invention est utilisable aussi avec ce type de grille de fluidisation qui est souvent appelé plateau de fluidisation. Quelle que soit la configuration générale de la grille de fluidisation et quelle que soit la disposition particulière des ouvertures de soufflage du gaz de fluidisation, on doit observer le mieux possible les conditions suivantes - obtenir une répartition convenable du débit de gaz de fluidisation à travers toutes les ouvertures ; cette répartition est souvent celle qui procure un débit réel égal du gaz à travers les ouvertures mais on peut dans certaines circonstances avoir besoin d'un débit moins élevé à travers certaines ouvertures dans une zone déterminée de la grille, - empêcher, au moment de l'arrêt de la fluidisation, que les particules de matière descendent par les ouvertures de soufflage du gaz de fluidisation et envahissent les tubulures d'arrivée de ce gaz ; plus les tubulures sont remplies par les particules, et notamment par les particules les plus grosses qui descendent les premières, plus il est difficile ensuite de remettre le lit en état de fluidisation. On connaît, par le document FR-A-2 171 945, un dispositif qui apporte une première solution et dans lequel les ouvertures de soufflage sont alimentées par des conduites individuelles qui comprennent chacune une vanne de réglage du débit, un diaphragme, et un siphon ; ce dernier a pour rôle d'éviter le colmatage de la conduite lorsque la vitesse du gaz de fluidisation devient nulle ou insuffisante. En effet, en général la masse des particules accumulées dans chaque siphon ne suffit pas à empêcher le rétablissement rapide des conditions normales de fluidisation, c'est-à-dire La remise des particules du lit en état de fluidisation, sous le simple effet de l'introduction du gaz de fluidisation à la pression et au débit nominaux ou sous L'effet d'insufflation d'air comprime. Ce dispositif est complexe et onéreux, puisqu'il faut installer autant de vannes, de diaphragmes et de siphons qu'il y a dans la grille d'ouvertures à alimenter. Le but principal de l'invention est d'apporter un dispositif simple et peu coûteux permettant d'assurer de manière entièrement satisfaisante une répartition convenable du débit de gaz de fluidisation à travers toutes les ouver tures d'une grille de fluidisation, ainsi que d'éviter le colmatage et l'obturation des tubulures individuelles ali mentant chacune des ouvertures, aux moments où la vitesse d'écoulement du gaz devient faible ou nulle. Dans une grille de fluidisation destinée à suppor ter un lit de particules à fluidiser, ayant de nombreuses ouvertures réunies chacune à une arrivée de gaz de fluidisa tion pour permettre le passage d'un gaz de fluidisation par une section droite de passage à valeur déterminée, selon L'invention à chaque ouverture de passage est associé un élé ment occupant ladite section droite de passage et traversé par des canaux capables, d'une part de laisser passer le gaz de fluidisation et capables, d'autre part d'arrêter, en sens inverse à la circulation de ce gaz, au moins une fraction substantielle des particules du lit de particules. Dans ce qui suit, on désignera cet élément par l'expression élément semi-perméable, par commodité. L'invention n'impose pas le mode particulier d'alimentation en gaz de fluidisation de chacune des ouvertures de la grille. On peut concevoir d'alimenter la totalité des ouvertures d'une grille au moyen d'une unique chambre où arrive le gaz de fluidisation. Cependant, il est plus conforme aux besoins pratiques de concevoir sur une grille des groupes déterminés d'ouvertures et de prévoir pour chaque groupe une conduite particulière d'alimentation de ce groupe en gaz d'ali mentation. Ainsi, on peut quand il est souhaitable alimenter ou cesser d'alimenter certains groupes d'ouvertures de la grille. Selon cette dernière conception, chaque ouverture de soufflage à travers la grille de fluidisation est raccordée par une tubulure individuelle à la conduite qui alimente le groupe auquel elle appartient. De préférence, selon l'invention L'élément semi perméable est placé dans la tubulure qui relie chaque ouver ture de la grille à la conduite correspondante. Cette disposition préférée n'exclut pas que l'élément semi-perméable puise être Logé dans L'ouverture de passage elle-même, par exemple dans L'épaisseur de la grille. Mais il est plus avantageux, comme on le montrera plu loin, de monter l'élément semi-perméable dans une tubulure en-dessous de la grille de fluidisation. Selon un mode préféré de réalisation de l'inven- tion, chaque élément semi-perméable est plat et constitué par une toile métallique ou une plaque à perforations ayant des orifices de passage dont les dimensions sont comprises entre 0,15 et 0,60 mm ; de préférence le rapport entre la surface de passage et La surface totale est compris entre 0,30 et 0,6C En variante, L'élément semi-perméable peut être un disque en matière réfractaire poreuse à travers laquelle s'étendent de nombreux canaux. Dans ce cas, les dimensions de ces canaux peuvent être inférieures à 0,15 mm, mais le rapport mentionné ci-dessus doit être respecté. On choisit les éléments semi-perméables en fonction de la nature des particules à fluidiser, du débit global de gaz de fluidisation, des caractéristiques géométriques et aérodynamiques de la grille, et de la perte de charge due au lit fluidisé au-dessus de la grille. On estime que, dans la plupart des cas, la perte de charge créée par les éléments semi-perméables de l'inven- tion doit être comprise entre 20 % et 100 % de la perte de charge due au lit fluidisé. Avantageusement, chaque élément semi-perméable est installé sur la tubulure individuelle d'alimentation de chaque ouverture de passage, en-dessous de La grille, de manière facilement démontable, par exemple entre deux brides boulonnées ensemble ou entre deux brides vissées à pas de vissage opposés. De préférence, la distance entre la face inférieure de la grille et l'emplacement de l'élément semiperméable sur chaque tubulure individuelle est au plus égale à quatre fois le diamètre de cette dernière. Par exemple, quand il s'agit de la grille décrite plus haut à troncs de pyramide ou à troncs de cône renversés, la distance entre la petite base ou base inférieure de ces troncs et l'emplacement de l'élément semi-perméable est la plus faible possible, dans tous les cas inférieure à quatre fois le diamètre de la tubulure. L'invention concerne aussi toute grille de fluidisation dont les circuits d'alimentation en gaz de fluidisation comprennent un dispositif conforme à L'invention. Afin de bien faire comprendre L'invention, on décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré d'un dispositif conforme à l'invention, utilisable par exemple pour la fluidisation du charbon. Dans ce mode de réalisation, la grille de fluidisation comprend un certain nombre de rangées de troncs de pyramides renversées, à grande base carrée, alimentées individuellement en gaz de fluidisation. On trouvera, si on le désire, une description détaillée de cette grille en se reportant au brevet français n" 1 422 198. Au cours de la description, on se référera aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une partie d'une grille de fluidisation, d'un circuit d'alimentation en gaz de fluidisation primaire ainsi que d'un second circuit d'alimentation en air secondaire, - la figure 2 est une vue de dessus d'un tronc de pyramide qui fait partie de la grille de fluidisation de la figure 1, - les figures 3 et 4 sont des vues de détail en coupe verticale du tronc de pyramide de la figure 2 et de sa tubulure d'alimentation montrant deux modes de montage d'un élément plat semi-perméable, - la figure 5 est une vue en perspective de dessus d'un élément semi-perméable. Sur la figure 1, on voit que la grille de fluidisation désignée par la référence générale 1 est constituée par une multitude de troncs de pyramides renversés 2 répartis en groupes définis, par exemple disposés en rangées parallèles Chaque tronc de pyramide 2 a à son extrémité inférieure une ouverture de passage 2A d'un gaz de fluidisation. Ce gaz arrive par une tubulure individuelle 3 qui est raccordée en 4 à une canalisation 5. Cette dernière est destinée à alimenter en gaz de fluidisation un groupe ou une rangée de troncs de pyramide 2 tel le que celle qui est représentée partiellement. Pratiquement, chaque ouverture de passage 2A est située sensiblement dans le plan de la face inférieure 1A de la grille 1. Sur chaque tubulure 3 sont interposés entre cette face inférieure lA et la canalisation 5 deux moyens complémentaires antagonistes de serrage 6, 6' entre Lesquels est tenu serré hermétiquement vis à vis de L'espace environnant un élément semi-perméabLe 7 constitué par une toile métallique. La figure 1 montre que l'emploi du dispositif de l'invention n'exclut pas l'utilisation d'un circuit d'air secondaire. Ce circuit comprend, dans cet exemple, un collecteur d'air secondaire 8, affecté à la rangée de pyramides considérée, pour assurer L'alimentation de tubes individuels 9 qui débouchent en 10, sensiblement au-dessus de la grande base carrée supérieure 11 de chacun des troncs de pyramides 2. Les figures 2 et 3 montrent plus en détail un tronc de pyramide 2 et le mode de montage d'un élément semiperméable. Il s'agit ici de troncs de pyramides à grande base supérieure carrée, de 324 millimètres de côté a, de hauteur h égale à 230 millimètres, avec des faces latérales qui font avec la verticale, un angle a de 26". Chaque tronc de pyramide a une ouverture inférieure 2A qui est raccordée à une tubulure individuelle 3 de 90 millimètres de diamètre. Chaque tubulure 3 est composée de deux tronçons successifs 3A, 3B assemblés au moyen de deux brides 6 et 6'. Entre ces deux brides est tenue serrée une toile métallique circulaire 7 ayant des mailles dont L'ouverture est un carré de 0,250 millimètre de côté. Sur cette toile le coefficient de section libre, c'est-à-dire Le rapport entre la surface ouverte des mailles et la surface totale, est égal à 0,34. La longueur L du tronçon 3A qui part de l'ouverture inférieure 2A, à la base inférieure 12 du tronc de pyramide 11, jusqu'à la bride supérieure 6, est de 270 millimètres, soit 3 fois le diamètre D de 90 millimètres de la tubulure individuelle 3. La figure 4 montre une variante de montage de l'élément semi-perméable 7. Les deux tronçons 3A, 3B en prolongement sont terminés chacun par un filetage extérieur 13, 13' sur lequel se visse la bride 6, 6' correspondante qui est filetée intérieurement. En tournant dans le sens convenable les deux brides vissées 6, 6' on peut serrer entre elles l'élément semi-perméable 7 en conservant la possibilité de le démonter facilement, simplement en tournant en sens inverse les brides 6, 6', sans déranger par ailleurs la tubulure 3. La figure 5 montre une variante de réalisation d'un élément semi-perméable 7 ; il est réalisé dans une tôle présentant de nombreuses perforations 14 à l'intérieur d'une zone annulaire périphérique 15 non perforée. Celle-ci est destinée à être serrée entre les brides 6, 6'. Pendant la fabrication d'un dispositif conforme à L'invention, on respecte des tolérances de fabrication d'où il résulte des différences entre les pertes produites par chaque élément semi-perméable 7. Il est donc nécessaire d'étalonner au préalable les divers éléments 7, afin de connaître la perte de charge de chacun d'eux en fonction des différents débits d'air. Bien entendu, il n'est pas indispensable que la perte de charge, à un débit donné, soit rigoureusement la même pour tous les éléments 7 d'une même rangée de troncs de pyramides 2. Il suffit que les écarts par rapport à la valeur moyenne de la perte de charge soient inférieurs à 10 %. Pour un matériau de nature donnée à fluidiser, la vitesse d'écoulement du gaz de fluidisation à sa sortie des ouvertures de passage 2A doit être supérieure à une vitesse minimale en-dessous de laquelle les plus grosses particules se déposeraient. Dans le présent exemple de réalisation, pour la fluidisation du charbon, à un débit de 400 m3/h de gaz de fluidisation dans chaque tubulure individuelle 3, la perte de charge de chacun des éléments semi-perméables 7 était voisine de 5 millimètres de colonne de mercure (6,66 hPa) et à un débit de 1 600 m3/h ces pertes s'échelonnaient entre 65 et 80 millimètres de mercure (86,65 et 106,65 hPa). Un étalonnage analogue doit être fait au préalable quand on utilise, au lieu de toiles métalliques, des éléments poreux, par exemple des disques réfractaires poreux, ou des disques en verre fritté poreux, ou encore des disques réfractaires compacts dans lesquels des passages étroits sont ménagés sous forme de fentes étroites ou de trous de très petit diamètre. Les avantages du dispositif de l'invention sont nombreux. Tout d'abord, le dispositif utilisé est simple et peu onéreux. Une seule vanne prévue à l'entrée de chaque conduite 5 suffit pour régler un débit global déterminé de gaz de fluidisation à travers les ouvertures de passage 2A alimentées par la conduite considérée. Chaque tubulure individuelle 3 est simplement munie d'un élément plat semiperméable 7, fixé entre deux brides 6, 6'. Ensuite, une répartition convenable du gaz de fluidisation entre les diverses ouvertures 2A alimentées par une même conduite 5 est assurée par le choix des éléments 7 en fonction de la perte de charge créée par chacun d'eux. Une perte de charge trop faible par élément laisserait subsister des inégalités de débit entre les ouvertures 2A. Une perte de charge trop forte ne permettrait pas un débit de gaz suffisamment élevé pour assurer une bonne fluidisation au-dessus de la grille 1. C'est pourquoi l'élément semi-perméable à placer sur chaque tubulure individuelle doit être choisi en fonction de chaque type de grille de fluidisation. Un autre avantage du dispositif de L'invention est d'empêcher L'entrée des particules solides dans la partie amont des tubulures individuelles, c'est-à-dire dans le tron çon 3B et dans la conduite 5. Dans la partie des tubulures 3 située en aval, donc dans le tronçon 3A au-dessus des éléments semi-perméables 7, des dépôts de particules se produisent lors de l'arrêt de la fluidisation, mais comme ce tronçon 3A des tubulures 3 est très court (moins de 4 fois le diamètre) il n'y a aucune difficulté à rétablir la fluidisation par une simple admission du gaz de fluidisation dans les conduites 5. Ainsi, avec le dispositif de L'invention, l'effet de sédimentation des particules n'a aucune conséquence fâcheuse influant sur l'arrêt et la remise en fonctionnement d'une installation de fluidisation. Le mode de montage préféré, décrit ci-dessus, des éléments semi-perméables 7 à un emplacement se trouvant en-dessous de la grille 1, plutôt que juste dans les ouvertures de soufflage 2A comme il est possible de le faire, apporte l'avantage que l'on peut accéder à ces éléments 7 pendant l'arrêt comme pendant la marche de L'installation, pour remplacer certains éléments 7 par d'autres ayant une perte de charge différente par exemple. Dans ce cas, les moyens complémentaires de serrage, qui sont d'un type facilement démontable, font partie du dispositif de L'invention. Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer des variantes et des perfectionnements de détails, de même qu'envisager L'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de L'alimentation en gaz de fluidisation pour grille de fluidisation (1) destinée à supporter un lit de particules à fluidiser, ayant de nombreuses ouvertures de soufflage (2A) réunies chacune à une arrivée de gaz de fluidisation pour permettre le passage d'un gaz de fluidisation par une section droite de passage à valeur déterminée, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chacune des ouvertures de soufflage (2A) un élément semiperméable (7) occupant ladite section droite de passage et traversé par des canaux (14) laissant le passage au gaz de fluidisation et capables d'arrêter en sens inverse à la circulation de ce gaz au moins une fraction substantielle des particules du lit de particules à fluidiser au moment de l'arrêt de la fluidisation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) est monté dans l'ouverture de soufflage (2A). 3. Dispositif selon la revendication 1 pour grille de fluidisation (1) ayant des ouvertures de soufflage (2A) raccordées chacune, en dessous de ladite grille (1), à une tubulure individuelle (3) d'alimentation en gaz de fluidisation, caractérisé en ce que chaque élément semi-perméable (7) est monté dans ladite tubulure individuelle (3) à un emplacement quelconque de la longueur de celle-ci. 4. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'emplacement de montage est éloigné de La grille (1) d'une distance qui n'est pas supérieure à quatre fois le diamètre de cette tubulure individuelle (3). 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) est plat. 6. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il est tenu en place par des moyens complémentaires de serrage (6,6') de type facilement démontable. 7. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel chaque tubulure (3) est composée de deux tronçons (3A,3B) et le dispositif comprend en outre des moyens complémentaires de serrage (6,6') fixés en correspondance sur les deux tronçons (3A, 3B) et aptes à tenir entre eux un élément semi-perméable (7). 8. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) a des canaux de passage dont les orifices ont des dimensions comprises entre 0,15 et 0,60 mm. 9. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) est traversé par des canaux de passage de telle sorte que le rapport entre la surface de passage et la surface totale est compris entre 0,30 et 0,60. 10. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) est une toile métallique. 11. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) est une plaque à perforations (14), les perforations se trouvent de préférence à l'intérieur d'une zone annulaire périphérique (15) non perforée. 12. Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'élément semi-perméable (7) est un disque en matière réfractaire poreuse dans laquelle le rapport entre la surface de passage et la surface totale est compris entre 0,30 et 0,60. 13. Dispositif selon la revendication 1 pour grille de fluidisation (1) destinée à supporter un Lit de particules produisant en état de fluidisation une perte de charge de valeur déterminée, caractérisé en ce que les éléments semi-perméables (7) sont choisis pour créer une perte de charge comprise entre 20 % et 100 X de ladite perte de charge déterminée. 14. Dispositif selon la revendication 1 pour grille de fluidisation (1) constituée par une multiplicité d'ouvertures de soufflage (2A) situées à la base de troncs de pyramides (2) ou de troncs de cônes renversés, caractérisé en ce que lesdites ouvertures de soufflage sont réparties en groupes et les ouvertures (2A) de chaque groupe sont reliées chacune à une conduite (5) correspondante à L'aide de tubulures individuelles (3) dans chacune desquelles un élément semi-perméable plat (7) est monté entre la grille (1) et la conduite (5) à une distance de la grille (1) qui est au plus égale à quatre fois le diamètre de la tubulure (3) sur laquelle se trouve cet élément semi-perméable (7). 15. Grille de fluidisation à ouvertures de soufflage (2A) destinées à être alimentées en gaz de fluidisation pour fluidiser un lit de particules fluidisables, caractérisée en ce que, sur le chemin de passage de ce gaz de fluidisation est installé un dispositif de contrôle de L'alimentation constitué au moins par un élément semiperméable (7) traversé par des canaux (14) de passage du gaz de fluidisation avec un rapport entre la surface de passage et la surface totale compris entre 0,30 et 0,60, ces canaux (14) étant capabLes d'arrêter en sens inverse le passage au moins d'une fraction substantielle des particules du tit de particules.