Brevet FR2668720A1 — publié le 19920507

-1- Cyclone de séparation par centrifugation d'un mélange de gaz et de particules solides avec récupération de chaleur. La présente invention concerne un cyclone de séparation par centrifugation d'un mélange de gaz et de particules solides en une fraction enrichie en particules et une fraction gazeuse pauvre en particules, comprenant une virole cylindrique dans laquelle débouche tangentiellement une conduite d'introduction du mélange de gaz et de particules solides, et une conduite axiale d'évacuation de la fraction gazeuse à travers le fond inférieur de la virole cylindrique, d'extrémité supérieure située à un niveau sensiblement plus bas que le sommet de l'enveloppe cylindrique, et des moyens d'évacuation de la fraction enrichie en particules situés dans la partie inférieure de l'espace annulaire entre la virole cylindrique et la tubulure axiale. On connaît déjà de tels cyclones, dans lesquels l'extrémité supérieure de la conduite axiale d'évacuation du mélange gazeux est disposée en face de l'embouchure de la conduite d'introduction de mélange à séparer, et dont la virole cylindrique se prolonge par une partie inférieure tronconique ou partiellement20 tronconique Ils sont disposés en particulier en aval d'une tuyauterie d'évacuation d'un mélange de gaz et de particules solides issu de la tête d'un réacteur à lit fluidisé circulant. Leur tuyauterie d'évacuation de la fraction enrichie en particules est reliée à une chambre d'échange indirect de chaleur entre ces25 particules encore très chaudes et un fluide à vaporiser et/ou réchauffer, avant leur recyclage dans le réacteur. De tels cyclones doivent être suivis de grandes surfaces d'échange indirect de chaleur pour permettre le recyclage ou l'évacuation des particules solides à des températures acceptables.30 La présente invention a pour but de procurer un cyclone assurant une séparation efficace des particules solides sans être d'un volume très important, moins coûteux que les cyclones connus, et assurant un refroidissement préliminaire des particules solides, et permettant de ce fait de réduire les surfaces d'échange de35 chaleur dans le réacteur. -2- Le cyclone selon l'invention est caractérisé en ce que le fond de l'espace annulaire est muni de moyens d'introduction d'un gaz servant à fluidiser en lit dense la fraction enrichie en particules solides, en ce que l'extrémité supérieure de la conduite5 axiale est à un niveau plus élevé que l'embouchure de la conduite d'introduction du mélange à séparer, et en ce qu'il comprend en outre des moyens d'échange de chaleur entre le lit fluidisé dense formé et un fluide à vaporiser et/ou réchauffer ainsi que des moyens permettant de régler le niveau du lit dense.10 Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes: Les moyens d'échange de chaleur entre le lit fluidisé dense et le fluide à vaporiser et/ou réchauffer sont constitués par des tubes disposés dans la chambre annulaire. L'axe de la conduite d'introduction du mélange de gaz et de particules solides est incliné négativement par rapport à l'horizontale, de préférence d'un angle de O à 150. L'extrémité supérieure de la conduite axiale est suffisamment éloignée du sommet de la virole cylindrique pour délimiter avec celui-ci une chambre d'expansion du mélange de gaz et de particules solides à séparer dans la chambre 3. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un cycl 8 ne selon l'invention. La figure 1 le représente en coupe par un plan diamétral. La figure 2 le représente en coupe partielle par un plan horizontal. La figure 3 représente le détail III de la figure 2. Dans la figure 1, le cyclone se compose d'une virole cylindrique externe 1 et d'une conduite axiale 2 d'évacuation du gaz appauvri en particules solides, délimitant une chambre annulaire 3 Une conduite 4 inclinée vers le bas, faisant avec l'horizontale un angle i entre O et 150, assure l'introduction du mélange de gaz et de particules solides à séparer dans la chambre 3. Le bord supérieur 5 de la conduite d'évacuation 2 du gaz -3- séparé est bien au-dessus de l'embouchure 6 de la conduite 4, mais à une distance importante du sommet 7 de la virole 1, de façon à ménager une chambre d'expansion 8 dans laquelle le gaz perd pour l'essentiel son mouvement tourbillonnaire pour pénétrer axialement dans la conduite d'évacuation 2. Les particules solides se concentrent à la périphérie de la virole 1 et se rassemblent dans le bas de l'espace annulaire 3. Le fond 9 de cet espace annulaire est muni de tuyères 10 d'injection d'un gaz de fluidisation, (typiquement des fumées recyclées), arrivant par un conduit 11 Il se forme au-dessus de ces tuyères 10 un lit fluidisé dense 12 de particules Des tubes d'échange de chaleur, représentés schématiquement en 13, y sont immergés et assurent la récupération d'une partie de la chaleur véhiculée par les particules solides par échange de chaleur avec un15 fluide qui circule dans ces tubes Les particules solides partiellement refroidies sont évacuées du bas de l'espace annulaire par un conduit 14. Sur le conduit 14 est disposée une vanne réglable 15 dont l'ouverture est pilotée par un détecteur de niveau 16 du lit dense 12. Le niveau du lit dense est réglé pour être nettement plus bas que l'embouchure 6 du conduit 4 mais pour être nettement au-dessus des tubes 13. Les parois de la virole 1 du fond 9 et du conduit d'évacuation 2 peuvent éventuellement être constituées de tubes 17 parcourus par un fluide de refroidissement (voir figures 2 et 3). Ces tubes 17 sont liés entre eux par des ailettes soudées 18 et sont noyés dans une couche de ciment 19 les protégeant de l'érosion par les particules solides Grâce à cette disposition, on évite des30 phénomènes d'agglomération des particules solides chaudes sur les parois. -4- Revendications: 1/ Cyclone de séparation par centrifugation d'un mélange de gaz et de particules solides en une fraction enrichie en particules et une fraction gazeuse pauvre en particules, comprenant une virole cylindrique ( 1) dans laquelle débouche tangentiellement une conduite ( 4) d'introduction du mélange de gaz et de particules solides, une conduite axiale ( 2) d'évacuation de la fraction gazeuse à travers le fond inférieur de la virole cylindrique ( 1), d'extrémité supérieure ( 5) située à un niveau sensiblement plus bas que le sommet ( 7) de la virole cylindrique ( 1), et des moyens ( 14) d'évacuation de la fraction enrichie en particules située dans la partie inférieure de l'espace annulaire ( 3) entre la virole cylindrique ( 1) et la conduite axiale ( 2), caractérisé en ce que le fond ( 9) de l'espace annulaire ( 3) est muni de moyens ( 10, 11) d'introduction d'un gaz servant à fluidiser en lit dense ( 12) la fraction enrichie en particules solides, en ce que l'extrémité supérieure ( 5) de la conduite axiale ( 2) est à un niveau plus élevé que l'embouchure ( 6) de la conduite ( 4) d'introduction du mélange à séparer, et en ce qu'il comprend en outre des moyens d'échange de chaleur ( 13) entre le lit fluidisé dense formé ( 12) et un fluide à vaporiser et/ou réchauffer ainsi que des moyens ( 15, 16) permettant de régler le niveau du lit dense ( 12). 2/ Cyclone selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de la conduite ( 4) d'introduction du mélange de gaz et de particules solides est incliné négativement par rapport à l'horizontale, de préférence d'un angle de O O à 150. 3/ Cyclone selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure ( 5) de la conduite axiale ( 2) est suffisamment éloignée du sommet ( 7) de l'enveloppe cylindrique ( 1) pour délimiter avec celui-ci une chambre ( 8) d'expansion du mélange de gaz et de particules solides à séparer. 4/ Cyclone selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les parois de la virole cylindrique ( 1) et la conduite axiale d'évacuation ( 2) soient constituées de parois de tubes ( 17) liés entre eux par des ailettes soudées ( 18).