Brevet FR2593891A1 — publié le 19870807

la présente invention concerne une installation ae combustion ayant une chambre de réaction comprenant (les parois tubulaires transportant un agent de refroipissement et un lit fluidise circulant alimenté par combustible, matière granulée inerte et gaz oxygéné sous pression. bans la conception Qes installations décrites ci-dessus, les parois de la chambre de réaction sont aimensionnees en tenant compte de l'érosion proauite par l'écoulement turbulent de la matière granulée nu lit, à laquelle lesdites parois sont exposées. L'é- rosion la plus importante se produit normalement dans les régions inférieures de la chambre de réaction, où le lit est plus dense. Normalement, les régions inférieures d'une chambre de réaction sont par conséquent recouvertes a'un rev8tement protecteur en céramique. Cependant, les régions supérieures d'une chambre de réaction sont également exposées à un fort degré d'érosion par l'action de la matière du lit. mutant donné que les chambres de réaction sont normalement construites de panneaux avec des tubes d'acier pour la circulation de l'eau de chaudière, qui est chauffée en passant par les tubes à une surpression importante (de l'orare de 2,5 - 10 Nua), l'érosion des particules granulaires aboutit à un affaiblissement ae chaque tube, au niveau de la région ae surface faisant face au centre de la chambre ae réaction, qui conauit par la suite à une rupture des tubes, lorsque les parois aes tubes deviennent trop minces pour supporter la pression interne. Normalement, une installation de ce type sera arrêtée une fois par an pour une révision générale, au cours de laquelle tous les tubes fortement éroaés et aétériorés seront changés. Il serait possible de recouvrir toutes les surfaces des panneaux tubulaires exposées à l'érosion avec un revêtent céramique résistant à l'érosion. Rependant cela aboutirait à une altération des propriétés conactrices entre le lit fluidisé et l'agent oe reSroi- pissement à l'intérieur aes tubes, c'est-à-dire à un rendement moindre, si bien qu'une installation aevra être mesurée et tirer plus de combustible pour atteindre un débit donné. Le but de la présente invention est de réduire-con- sidérablement le problème d'érosion au niveau des parois des tubes de sorte que leur durée de vie probable puisse être améliorée et que la durée et la fréquence de la fermeture pour révision soient réduites. A cette fin, selon l'invention, toutes les parois de la chambre de réaction sont inclinées et convergent vers le haut, à partir du dessus du niveau d'orifices amenant- du gaz secondaire de fluidisation à la chambre, de sorte que la superficie de la section de la chambre de réaction est réduite de manière continue vers une sortie située près du sommet de ladite chambre. lie préférence, les parois de la chambre de réaction divergent à partir d'une ligne verticale, vers le centre de ladite chambre à un angle de 20 environ. Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit avec référence au aessin annexé, La Figure 1 est une coupeverticale le long Ge la ligne I-I de la Figure 2 d'une installation de combus tion selon l'invention, et La Figure 2 est une oeupecorrespondante le long de la ligne II-lI de la Figure 1. l'installation de combustion décrite au dessin comprend tous les moyens et appareils nécessaires au fonctionnement d'une installation habituelle ayant un lit fluidisé circulant. Ainsi, l'installation com prend une chambre de réaction 10 ayant des panneaux de paroi avec des tubes longitudinaux verticaux pour la circulation d'eau de chaudière. La partie inférieure de la chambre de réaction 10 a une section horizontale li de revêtement céramique de protection, résistant à la chaleur, qui va le long desdits panneaux de paroi dans un contact étroit. La section ll a des ouvertures 12 se terminant en orifices 13, 14 à travers lesquels des flux de gaz primaire et secondaire de fluidisation sont introduits dans la chambre, et deux ouvertures 15 pour des brûleurs d'allumage 16 (voir Figure 2), utilisés pendant que l'installation est mise en marche, pour chauffer la matière granulée du lit au fond de la chambre de réaction. Le fond de ladite chambre a également une sortie 17 pour les cendres qui sont évacuées vers un appareil pour la récupération de l'énergie calorifique résiduelle (non représenté) au moyen de transporteurs à vis 18, 19. De plus, des boîtes 20 pour la distribution de gaz primaire de fluidisation sont prévues en bas de la chambre de réaction, ce gaz étant amené entre les tubes réfrigérants lOa.Un alimenteur à vis mène également à la partie inférieure de la chambre de réaction pour l'approvisionnement en matière du lit, c'est-à-dire en combustible, sable et pierre de chaux en grains. La matière du lit est conservée en suspension fluidisée durant le fonctionnement de l'installation par l'action du gaz de fluidisation/combustion, où les particules combustibles entrent en combustion avec une quantité d'air inférieure à la quantité stoechiométrique. Les particules lourdes sont conservées en suspension turbulente à l'intérieur de la zone du revêtement céramique 11, alors que les particules plus légères montent plus haut et que les particules les plus fines et les plus légères sont évacues en inerme telçs que les echappements par la sortie d'écnaWent-22 en haut de la chambre. Cette sortie LL est reliée à un cyclone ae séparation 23 pour séparer les particules des échappements, à la suite ae quoi les échappements sont dégagés à travers un entonnoir (non représenté) par un conquit 24 ayant une série de convecteurs 25, 26. les particules séparées sont renvoyées à la chambre de réaction 10 par un conduit de décharge en forme de siphon. 27. Un collecteur 28 est placé en haut de la chambre de réaction 10 pour recueillir l'eau chaude ou la vapeur des tuyaux 1Oa et des convecteurs 25S 26. L'eau chaude ou la vapeur est distribuée aux destinataires par des tuyaux de transport (non représentés). Ainsi qu'on le voit à partir du dessin, la génératrice aes parois de la chambre de réaction diverge à partir de la ligne verticale 29, de sorte que la superficie åe la section est réduite de manière continue depuis le bord supérieur du revêtement 11 et vers la haut ae la chambre. L'angle g entre la entre la ligne ver- ticale 29 et les quatre parois de la chambre de réaction est de l'ordre de deux degrés. se par cette réduction continue åe la super- ficie de la section , le courant ascendant de gaz va augmenter sa vitesse en même temps que les particules en suspension, de sorte qu'une plus grande quantité ae particules va quitter la chambre de réaction par la sortie d'échappement 22 pour se séparer ensuite aans le séparateur cyclone et revenir par le conduit ae décharge 27. Cela aboutit à ce qu'unie quantité de particules moinare ,que dans une chambre de-réaction habituelle correspondante ayant aes parois verticales, vont s'écouler ae façon turbulente et perdre leur énergie ascendante. Ces particules ont tendance à tourbillonner le long aes parois aes tubes, tout d'abora en montant et ensuite,en tournant vers le bas,à descendre en tournoyant le long du côté de la paroi. mitant donne que les parois divergent Qans le sens aescendant, ces particules se déplaçant de haut en bas seront en contact moindre avec les parois et provoqueront oins d'érosion à celles-ci que dans une chambre de réaction habituelle ayant aes parois verticales. habituellement, une installation utilisée pour la production d'énergie thermique va fonctionner à es charges variables et avec de légères variations ae combustible, de sorte que la vitesse optimale du gaz ne peut être maintenue. A ces moments la densité de par ticules à l'intérieur de la chambre Cie réaction va aug- menter, aboutissant normalement à une érosion accrue dans une chambre de réaction habituelle ayant des pa- rois verticales. les essais ont montré que la chambre ae réaction selon l'invention va montrer très peu de signes d'érosion, également dans ces conditions de fonctionnement moins qu'optimales.Ce phénomène s'explique par le fait que les particules dans le lit anormalement aense ont un vecteur de vitesse horizontal, petit, qui est dirigé vers l'extéxieur et aboutit à une érosion sur les parois d'une chambre ae réaction habituelle avec des parois verticales, mais a tres peu d'effet sur les parois qui divergent en descendant vers le bord supérieur du revêtement protecteur selon la présente invention. lies essais pratiques ont prouvé qu'un angle de deux aegrés écarté de la ligne verticale est préférable, mais il est posssible ae construire la chambre avec a'autres angles constants ou variables aivergeant de la ligne verticale. l'invention n'est pas limitée- au mode de réalisa tion décrit et représenté ci-dessus, et il est clair que uiverses mouifications peuvent être apportées sans s'écarteur de l'étendue des revenaications annexées. nn tant qu'exemple, la chambre de réaction selon l'inven tion peut être utilisée pour d'autres installations que celle décrite, par exemple des installations chimiques, des installations de gazéification ou dtinci- nération aes aéchets. Les tubes peuvent être également courbés en dehors au niveau du bord supérieur du revê- tement 11, empêchant ainsi l'accumulation de dépôts dans la zone du seuil. Autre solution, des moyens protecteurs peuvent être appliqués à ladite zone. PREVENDICATIONS 1. Une installation de combustion ayant une chambre de réaction comprenant des parois tubulaires (10a) transportant un agent de refroidissement et un lit fluidisé circulant alimenté en combustible, matière granulée inerte et gaz oxygéné sous pression, caractérisée en ce que toutes les parois (ira) de la chambre de réaction (10) sont inclinées et convergent vers le haut, à partir du dessus du niveau d'orifices (12) amenant du gaz secondaire de fluidisation à la chambre, de sorte que la superficie de la section de la chambre de réaction (10) est réduite de manière continue vers une sortie (22) située près du sommet de ladite chambre. 2. Une installation de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois (ira) de la chambre de réaction (10) divergent à partir d'une ligne verticale, vers le centre de ladite chambre à un angle (dut) de 20 environ.