Brevet FR2670137A1 — publié le 19920612

Cyclone de séparation de matières pulvérulentes chaudes entraînées dans un courant de gaz chaud La présente invention concerne un cyclone de séparation de matières pulvérulentes chaudes entraînées dans un courant de gaz chaud comportant une paroi cylindrique munie d'un plafond et surmontant une paroi conique de collecte des matières pulvérulentes reliée à un conduit axial d'évacuation, une tubulure pour l'introduction tangentielle du courant de gaz chaud avec les matières pulvérulentes débouchant par une entrée située au voisinage du plafond, une tubulure axiale traversant le plafond servant à l'évacuation des gaz chauds séparés. Elle s'applique plus particulièrement à la séparation de matières pulvérulentes chaudes d'un lit fluidisé circulant. On a déjà proposé de tels cyclones, dans lesquels les matières pulvérulentes suivent un trajet hélicoldal vers le bas. Ceux-ci n'admettent cependant qu'un taux de remplissage en matières solides faibles, le pas de ce trajet hélicoïdal n'étant pratiquement guère inférieur à la hauteur de la paroi cylindrique. La séparation des matières pulvérulentes n'y est pas très bonne, une partie des matières les plus fines tendant à être entraînée avec les gaz séparés. Le cyclone selon l'invention améliore l'efficacité de la séparation des matières pulvérulentes entraînées dans un gaz chaud en obligeant celles-ci à suivre un trajet plus long. I1 est caractérisé en ce qu'il comporte en outre une virole interne coaxiale à la paroi cylindrique dont le sommet est écarté du plafond et est situé au niveau de la partie basse de l'entrée de la tubulure d'introduction du gaz chaud, la partie basse de la tubulure axiale d'évacuation des gaz séparés étant située en dessous du sommet de la virole interne. La virole interne comporte de préférence des tubes d'échange de chaleur avec un fluide à vaporiser ou à réchauffer. Ainsi, en assurant un premier refroidissement de ces matières pulvérulentes et des gaz, on peut réduire les dimensions du carneau des échangeurs à installer en aval du cyclone. Selon une première réalisation de la paroi de la virole interne avec tubes, celle-ci est constituée par des tubes d'échange de chaleur sur lesquels sont soudées des ailettes, les-mêmes soudées entre elles. Selon une seconde réalisation, la paroi de la virole interne est constituée par des tubes solidaires de leurs ailettes du type "double super omega" ayant une forme de H dont la barre centrale est percée d'une canalisation, les ailettes étant soudées entre elles. Pour améliorer le transit des matières pulvérulentes vers la conduite axiale d'évacuation, la paroi conique de collecte de ces matières comporte de préférence une première partie tronconique d'angle voisin de 450 suivie d'une seconde partie tronconique d'angle d'environ 15 à 170. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant à des modes de réalisation particuliers représentés sur les figures annexées. La figure 1 représente une coupe diamètrale du cyclone selon l'invention. La figure 2 représente une coupe horizontale du cyclone de la figure 1. La figure 3 représente une coupe diamétrale d'une variante du cyclone selon l'invention. La figure 4 représente une coupe horizontale partielle d'une première réalisation d'une virole interne du cyclone de la figure 3. La figure 5 représente une coupe horizontale partielle d'une seconde réalisation d'une virole interne du cyclone de la figure 3. Le cyclone représenté aux figures 1 et 2 comporte une virole cylindrique 1 d'axe vertical. Une tubulure 2 assure l'introduction tangentielle du courant de gaz chaud entraînant les matières pulvérulentes. Ce courant chaud est très fortement chargé (7 à 20 kg de matières par kg de gaz). L'entrée 3 de la tubulure 2 débouche au voisinage du plafond 4 de la virole 1. Ce plafond 4 est traversé par une tubulure axiale 5 permettant l'évacuation du gaz dépoussiéré. Le cyclone comporte une virole interne cylindrique 6 coaxiale à la virole 1 et fixée à la paroi externe du cyclone par des moyens non représentés. Le sommet 7 de cette virole interne 6 est écarté du plafond 4 et se trouve au niveau de l'entrée 3 de la tubulure 2. De préférence ce sommet 7 se trouve au même niveau que la partie inférieure de l'entrée 2 ou a un niveau légèrement inférieur ou supérieur. Ainsi le courant chargé ne vient pas frapper contre la paroi de la virole interne 1 évitant ainsi de l'éroder. La partie basse 8 de la tubulure axiale 5 est située en dessous du sommet 7 de la virole 6. La virole externe 1 se termine par une partie conique 9 reliée à un conduit axial 10 d'évacuation des matières pulvérulentes. L'angle de cette partie conique 9 avec la verticale est environ 450. Le fonctionnement du cyclone selon l'invention est le suivant. Le gaz arrivant par l'entrée 3 de la tubulure 2 entraîne les matières pulvérulentes les plus lourdes dans un mouvement hélicoïdal descendant dans l'espace annulaire 11 situé entre les deux viroles 1 et 6. Les particules relativement plus légères s'écoulent également hélicoidalement mais à l'intérieur de la virole interne. Les particules solides se rassemblent le long de la paroi conique 9 puis s'écoulent par le conduit d'évacuation 10. Le gaz séparé des particules solides remonte par la zone axiale vers la tubulure axiale supérieure 5. Etant donné que la partie basse 8 de cette tubulure 5 descend en dessous du sommet 7 de la virole interne 6, l'introduction du gaz chargé ne vient pas perturber l'évacuation du gaz séparé des particules. Le cyclone représenté à la figure 3 est semblable à celui représenté aux figures 1 et 2 et les parties similaires ont été référencées par les mêmes chiffres. La virole interne 6 n'est pas constituée d'une paroi pleine comme dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2 mais comporte des tubes verticaux d'échange de chaleur 12 alimentés par un collecteur d'arrivée 13 et alimentant un collecteur d'évacuation 14. Le collecteur d'arrivée 13 étant relié à un tube circulaire 15 au sommet 7 de la virole interne alimentant les entrées des tubes verticaux 12 et le collecteur d'évacuation 14 étant relié à un tube circulaire 17 situé dans la partie basse de la virole interne 6. Les tubes 12 sont par exemple alimentés en vapeur à surchauffer ou en air à réchauffer par échange avec le gaz et les particules chaudes circulant dans l'espace annulaire 11 entre les viroles 1 et 6 et à l'intérieur de la virole interne 6. Grâce à ces tubes 12 les particules solides subissent un premier refroidissement et ne forment pas d'agglomérations sur la paroi de la virole 6. D'autre part la partie conique 9 du cyclone a été modifiée. Elle comporte une première partie tronconique 18 d'angle voisin de 450 suivie d'une seconde partie tronconique 19 d'angle environ 150 à 170 reliée à la conduite axiale d'évacuation 10. Une telle partie conique modifiée qui améliore l'évacuation des particules solides peut également être utilisée dans un cyclone dont la virole interne 6 a une paroi pleine. La figure 4 représente en coupe une réalisation de la paroi de la virole interne. Cette paroi est constituée de tubes d'échange de chaleur 12 munis sur leur côté intérieur et extérieur d'ailettes 20 soudées, ces ailettes étant elles-mêmes soudées entre elles. La figure 5 représente une seconde réalisation de la paroi de la virole interne munie de tubes. Cette paroi est constituée par des tubes 21 solidaires de leurs ailettes du type "double super omega" qui ont une forme de H dont la barre centrale est percée d'une canalisation 22 et dont les barres latérales constituent les ailettes 23, ces barres latérales étant soudées ensemble. Revendications 1) Cyclone de séparation de matières pulvérulentes chaudes entralnées dans un courant de gaz chaud comportant une paroi cylindrique (1) munie d'un plafond (4) et surmontant une paroi conique (9) de collecte des matières pulvérulentes reliée à un conduit axial d'évacuation (10), une tubulure (2) pour l'introductioa tangentielle du courant de gaz chaud avec les matières pulvérulentes débouchant par une entrée (3) située au voisinage du plafond (4), une tubulure axiale (5) traversant le plafond (4) servant à l'évacuation des gaz chauds séparés caractérisé en ce qu'il comporte en outre une virole interne (6) coaxiale à la paroi cylindrique (1) dont le sommet (7) est écarté du plafond (4) et est situé au niveau de la partie basse de l'entrée (3) de la tubulure (2) d'introduction du gaz chaud, la partie basse (8) de la tubulure axiale (5) d'évacuation des gaz séparés étant située en dessous du sommet (7) de la virole interne (6). 2) Cyclone selon la revendication 1 caractérisé en ce que la virole interne (6) comporte des tubes d'échange de chaleur (12, 21) avec un fluide à vaporiser et/ou réchauffer. 3) Cyclone selon la revendication 2 caractérisé en ce que la virole interne (6) est constituée par des tubes d'échange de chaleur (12) sur lesquelles sont soudées des ailettes (20), elles-mêmes soudées entre elles. 4) Cyclone selon la revendication 2 caractérisé en ce que le mode interne (6) est constitué par des tubes (21) solidaires de leurs ailes (23) du type "double super omega" ayant une forme de H dont la barre centrale est percée d'une canalisation (22), les ailettes (23) étant soudées entre elles. 5) Cyclone selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la paroi conique (9) de collecte des matières pulvérulentes comporte une première partie tronconique (18) d'angle voisin de 450 suivie d'une seconde partie tronconique (19) d'angle d'environ 150 à 170 reliée au conduit axial d'évacuation (10).