Brevet FR2914996A1 — publié le 20081017

L'invention concerne un dispositif de mesure et de contrôle du débit d'un combustible pulvérisé, tel que le charbon ou le coke de pétrole, dans le but d'alimenter une tuyère de four ou de précalcinateur. Il est connu, pour un homme du métier, que pour procéder à la cuisson de matières premières dans un four rotatif ou à leur préparation au niveau de la précalcination, il est nécessaire d'apporter des combustibles en quantités connues et maîtrisées. Une partie de ces combustibles est constituée de charbon ou de coke de pétrole pulvérisé. D'une manière connue, dans un atelier de production, le coke pulvérisé est stocké dans un silo pour y être extrait et transporté pneumatiquement dans une trémie intermédiaire. A partir de cette trémie intermédiaire, des systèmes de dosage peuvent permettre d'alimenter, respectivement, un brûleur principal d'un four et la précalcination. La précalcination qui constitue un deuxième point de combustion, nécessite la création d'un stockage intermédiaire. La création de ce stockage intermédiaire nécessite de répartir les distances de transport, notamment entre le point où on mesure le débit et le point où l'on utilise le combustible. Ce transport, qui s'effectue généralement d'une manière pneumatique, impose des contraintes et limites très sévères. Pour réaliser cette fonction de dosage, on a proposé d'utiliser, selon l'état antérieur de la technique, un débitmètre à effet Coriolis et un distributeur rotatif. L'inconvénient de cette solution se trouve au niveau du distributeur rotatif qui, pour obtenir une extraction satisfaisante, nécessite une tuyauterie de charge de hauteur très importante. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients d'une manière simple, sûre, efficace et rationnelle. Le problème que se propose de résoudre l'invention est d'obtenir d'excellentes caractéristiques volumétriques et d'avoir une relation fiable entre la vitesse et le débit de matières, et ce quel que soit le niveau de matières dans la trémie ou silo intermédiaire, avec pour objectif d'apporter au niveau de la cuisson ou de la précalcination des combustibles en quantité connue et maîtrisée. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif de mesure et de contrôle du débit d'un combustible pulvérisé, pour alimenter une tuyère, le combustible étant stocké dans un silo pour être dirigé en combinaison avec des moyens de distribution et de régulation, dans une trémie de pesée dont la base est équipée d'un organe de distribution du combustible. Selon l'invention, le dispositif comprend un moyen apte à créer une dépression dans une tuyauterie d'arrivée de matière en combinaison avec une arrivée d'air régulé pour annuler ladite dépression afin d'obtenir, entre l'amont et l'aval de l'organe de distribution, une pression différentielle sensiblement nulle. Pour résoudre le problème posé d'obtenir, entre l'amont et l'aval de l'organe de distribution, une pression différentielle sensiblement nulle, le moyen apte à créer la dépression, est un injecteur à effet venturi faisant office de pompe à vide. Avantageusement, l'injecteur est monté en série dans une tuyauterie de transport du combustible, l'entrée de l'injecteur étant en communication avec l'organe de distribution. Selon une autre caractéristique, à l'entrée de l'injecteur, est monté un capteur de pression dont le signal pilote une vanne de régulation qui permet le passage de l'air de nettoyage de l'organe de distribution et stabilise la pression à la valeur sensiblement nulle. Pour résoudre le problème posé de maintenir le débit constant et conforme aux consignes demandées, le débit de matière est mesuré par un débitmètre monté en série dans la tuyauterie de transport, en aval de l'injecteur, le signal dudit débitmètre étant envoyé dans un régulateur qui ajuste la vitesse de l'organe de distribution de façon à maintenir le débit constant et conforme à la consigne demandée. Avantageusement, l'organe de distribution est un distributeur cellulaire rotatif à axe vertical. Selon une autre caractéristique, le niveau de la trémie est maintenu constant au moyen d'une boucle de régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée, par ajustage de la vitesse d'un distributeur rotatif assujetti à une vanne rotative. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue à caractère schématique du principe de base du dispositif de mesure et de contrôle de débit du combustible pulvérisé selon les caractéristiques de l'invention ; - la figure 2 montre le principe du contrôle du niveau constant de la trémie de pesée ; - la figure 3 montre la boucle de contrôle de l'écoulement ; - la figure 4 montre le principe du dispositif à la base de l'invention pour l'alimentation d'une tuyère de four et de précalcinateur. On renvoie à la figure 1 qui montre les principaux éléments d'une installation de dosage de combustible pulvérisé. Le combustible est stocké dans un silo (1) dont le fond est en communication avec un organe d'extraction (2) sous forme, par exemple, d'un extracteur à double sorties. Plus généralement, l'extracteur peut présenter plusieurs sorties lorsque le combustible doit être distribué sur plusieurs systèmes de dosage, en vue de l'alimentation de plusieurs points d'utilisation. Une vanne d'isolation (3), par exemple du type pneumatique, permet d'interrompre l'écoulement du combustible pour les opérations de maintenance et sur des équipements en aval. La ou les sorties de l'organe extracteur (2) coopère(nt) avec un distributeur alvéolaire (4), par exemple du type roue à cellule, lequel alimente une trémie intermédiaire de pesée (5) à débit variable. Pour respecter les normes environnementales, un filtre (6) permet de mettre la trémie (5) à pression atmosphérique sans émission de poussière. A la base de la trémie (5), est disposé un ensemble de distribution (7) monté, selon une caractéristique à la base de l'invention, en combinaison avec un moyen (8) apte à créer une dépression dans une tuyauterie (8a) d'arrivée du combustible contenu dans la trémie, en combinaison avec une arrivée d'air régulée (9) pour annuler cette dépression afin d'obtenir, entre l'amont et l'aval de l'ensemble de distribution (8) une pression différentielle sensiblement nulle. Ce moyen (8) est constitué par un injecteur à effet venturi faisant office de pompe à vide. Cet injecteur (8) est monté en série dans une tuyauterie (10) de transport des combustibles. L'entrée (8a) de l'injecteur est, comme indiqué précédemment, en communication par la tuyauterie (8a), avec l'ensemble de distribution (7) monté à la base de la trémie (5). Un débitmètre (11) est inséré dans la tuyauterie de transport (10) pour la mesure en ligne du débit de charbon pulvérisé. Un surpresseur (12) fournit la quantité d'air nécessaire pour le transport pneumatique du combustible dans la tuyauterie (10). La tuyauterie de transport (10) comprend des liaisons flexibles (10a) de part et d'autre de l'injecteur (8), de façon à ne pas introduire de forces parasites indésirables sur la trémie (5). L'injecteur (8), en combinaison avec la tuyauterie (9) assure l'équilibrage de pression et permet de s'assurer que l'organe distributeur (7) n'est pas soumis à une différence de pression entre l'amont et l'aval, en lui conférant une caractéristique volumétrique d'excellente qualité. La trémie de pesée (5) coopère avec des capteurs, tels que des jauges de contrainte (13), afin d'envoyer un signal représentant le poids du combustible avec un contrôleur (14). A l'intérieur de ce contrôleur (14), par une console de programmation, est introduit un niveau de consignes représentant la quantité de combustible pouvant contenir à l'intérieur de la trémie de pesée (5). La régulation de ce niveau est assurée par la vanne rotative (4) qui peut être assujettie à un variateur de fréquence (15), afin de modifier sa vitesse, permettant par conséquent d'obtenir un débit variable et de moduler le débit de remplissage pour compenser le débit d'extraction, afin d'obtenir un niveau constant au-dessus de l'organe de distribution (7). Une autre boucle de régulation (fig.3) est également nécessaire pour maintenir un débit constant. Dans ce but, le signal du débitmètre (11), monté en série dans la tuyauterie de transport (10), en aval de l'injecteur (8), est envoyé dans un régulateur (14). Ce régulateur (14) reçoit une consigne de débit, de sorte qu'en fonction de la mesure qu'il doit recevoir depuis le transmetteur de débit (17), ledit régulateur (14) corrige éventuellement, à travers un variateur de fréquence (18), la vitesse de l'organe de distribution (7). Selon une caractéristique à la base de l'invention et comme indiqué précédemment, l'organe de distribution (7) est assujetti à l'injecteur (8) pour créer une boucle d'équilibrage et de pression. Cet injecteur est conformé pour créer un effet venturi faisant office de pompe à vide, afin de diriger l'air suivant un écoulement laminaire très concentré. L'injecteur (8) crée donc une dépression qui assure le débit de la matière à l'aspiration. Un capteur (19) mesure la pression à l'entrée de l'injecteur (8), le signal dudit capteur pilotant une vanne de régulation (20) qui permet le passage de l'air de nettoyage de l'organe distributeur (7) qui stabilise la pression à une valeur sensiblement nulle. Avantageusement, le distributeur (7) est du type cellulaire rotatif, à axe vertical. Lorsque l'air est envoyé par le surpresseur (12), le phénomène de venturi provoqué par l'injecteur (8) crée une dépression. Le capteur (19) indique si la pression est positive ou négative, et pilote la vanne de régulation (20), afin d'autoriser ou non le passage d'air afin de rééquilibrer la pression entre l'amont et l'aval du distributeur rotatif (7). Comme le montre la figure 4, le dispositif selon l'invention peut également être utilisé, de la même façon, pour contrôler le débit de combustibles destinés à plusieurs points d'utilisation, tuyère(s) principale(s) et/ou précalcinateur(s). Le fait d'obtenir, an moyen de l'éjecteur (8) à effet venturi, une pression différentielle sensiblement nulle entre l'amont et l'aval du distributeur rotatif (7), favorise un excellent comportement dudit distributeur et supprime les causes principales d'usure. Il en résulte que ce distributeur (7) fonctionne dans de très bonnes conditions avec d'excellentes caractéristiques volumétriques permettant d'avoir une relation fiable entre la vitesse et le débit du combustible et ce quel que soit le niveau dudit combustible dans la trémie intermédiaire de pesée (5). A noter que les boucles de régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée (16), (17), (18) permettent de maintenir ce niveau constant en ajustant la vitesse du distributeur rotatif (4) qui assure l'alimentation de la trémie (5). On observe également que par arrêt temporaire de l'alimentation (4), une vérification régulière de la mesure donnée par le débitmètre (11) est toujours possible par comparaison avec une déperdition de poids mesuré, sans pour autant nuire à la stabilité du débit. En effet, le distributeur rotatif (4) est insensible à l'évolution du niveau de combustible dans la trémie intermédiaire durant cette séquence. Ce contrôle peut être effectué à tout moment en production, sans perturber le débit du combustible dosé. 5 Les avantages ressortent bien de la description. REVENDICATIONS - 1- Dispositif de mesure et de contrôle du débit d'un combustible pulvérisé, pour alimenter une tuyère, le combustible étant stocké dans un silo (1) pour être dirigé, en combinaison avec des moyens d'extraction (2) et de régulation, dans une trémie de pesée (5) dont la base est équipée d'un organe de distribution (7) du combustible, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (8) apte à créer une dépression dans une tuyauterie d'arrivée (8a) de combustible en combinaison avec une arrivée d'air régulé (9) pour annuler ladite dépression afin d'obtenir, entre l'amont et l'aval de l'organe de distribution (7), une pression différentielle sensiblement nulle. - 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (8) apte à créer la dépression, est un injecteur à effet venturi faisant office de pompe à vide. - 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'injecteur (8) est monté en série dans une tuyauterie de transport du combustible (10), l'entrée de l'injecteur (8) étant en communication avec l'organe de distribution. - 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tuyauterie de transport (10) comprend des liaisons flexibles (10a) de part et d'autre de l'injecteur (8), de façon à ne pas introduire de forces parasites indésirables sur la trémie (5). - 5- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'entrée de l'injecteur (8), est monté un capteur de pression (19) dont le signal pilote une vanne de régulation (20) qui permet le passage de l'air de nettoyage del'organe de distribution (7) et stabilise la pression à la valeur sensiblement nulle. - 6- Dispositif selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le débit de matière est mesuré par un débitmètre (11) monté en série dans la tuyauterie de transport (10), en aval de l'injecteur (8), le signal dudit débitmètre (11) étant envoyé dans un régulateur qui ajuste la vitesse de l'organe de distribution (7), de façon à maintenir le débit constant et conforme à la consigne demandée. - 7- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de distribution (7) est un distributeur cellulaire rotatif à axe vertical. - 8- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau de la trémie (5) est maintenu constant au moyen d'une boucle de régulation Proportionnelle Intégrale Dérivée, par ajustage de la vitesse d'un distributeur rotatif assujetti à une vanne rotative.