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Procédé et gazogène pour la fabrication de gaz à l'eau au moyen de combustibles pulvérulents.
L'invention concerne la fabrication de gaz à l'eau au moyen de combustible 1-4 grain fin ou pulvérulent: On sait qu'on dépense de la chaleur dans la fabrication du gaz à l'eau lors- qu'on fait agir de la vapeur d'eau sur le combustible incan- descent, de sorte qu'il faut que la chambre de décomposition soit chauffée extérieurement pour maintenir la température né- cessaire à la décomposition.
On a déjà proposé de fabriquer du gaz à l'eau au moyen de combustible pulvérulent, en insufflant un mélange de com- bustibles.pulvérulents et de vapeur d'eau sur une paroi de la
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chambre de décomposition maintenue Incandescente par un chauf- fage extérieur. On a également introduit lejet de combustible pulvérulent dans la chambre de décomposition parallèlement à la paroi chauffée de cette chambre. Dans ces procédés connus la décomposition est imparfaite, parce que le combustible pul- vérulent n'est exposé au chauffage extérieur que pendant le temps très court dans lequel il rencontre la paroi incandes- cente de la chambre ou passe une seule fois devant cette paroi.
C'est pourquoi aussi le chauffage extérieur ne porte à la température nécessaire pour la décomposition que les particu- les de combustible qui se trouvent à proximité immédiate de la paroi chauffée extérieurement, tandis que les particules de combustible plus écartées ne sont pas portées 4 cette tem- perature, de sorte que le courant de gaz à l'eau sortant de la chambre contient une grande partie de combustible pulvé- rulent non décomposé. suivant l'invention on obtient une transformation complète du combustible en gaz à l'eau et en cendres en insufflant le combustible pulvérulent et la vapeur d'eau dans la chambre de décomposition de façon qu'ils soient animés d'un mouvement giratoire dans cette chambre, qui est chauffée extérieurement.
Par suite du mouvement giratoire du mélange de combustible pul- vérulent et de vapeur d'eau les particules de combustible con- tenues dans le mélange., sont mises non pas une seule fois mais plusieurs fois en contact avec les parois chauffées extérieure- ment de la chambre, jusqu'à ce que ces particules aient at- teint par suite du chauffage extérieur la température de dé- composition nécessaire pour la production du gaz à l'eau.En effet, les particules de combustible non décomposées sont pro- jetées sur la paroi chauffée extérieurement de la chambre et ce n'est que lorsque ces particules ont été transformées en
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cendres quelles sont éliminées des parois de la chambre par suite de ce que leur poids spécifique est plus faible,
et qu'elles sortent de la chambre avec le gez à l'eau produit.
Toutes les particules de combustible viennent donc en contact avec les parois chauffées extérieurement de la chambre jus- qu'à ce qu'elles soient décomposées, de sorte que la transfor- station est complète. On peut d'ailleurs donner au mélange une grande vitesse d'écoulement sans que les dimensions de la chambre de décomposition augmentent sensiblement, or, plus la vitesse d'écoulement du mélange est grande, meilleur est le transfert de la chaleur des gaz de chauffage à travers les parois de la chambre de décomposition jusqu'au mélange animé d'un mouvement giratoire.
Ceci accélère sensiblement la pro- duction du gaz à l'eau. un a également proposé d'insuffler le combustible pulvé- rulent dans une chambre de gazogène au moyen de tuyères dé- bouchant tangentiellement de façon à. imprimer un mouvement gi- ratolre à ce combustible dans la chambre. Toutefois, dans ces gazogènes connus, le combustible pulvérulent brûlait dans cette chambre' parce que de l'air y était introduit. Une partie du com- bustible pulvérulent sert alors à fournir la chaleur nécessaire à la combustion, Il ne s'agit donc pas dans ce cas d'obtenir un transfert de chaleur aussi bon que possible d'un dispositif de chauffage extérieur au combustible pulvérulent qui se trouve à l'intérieur de la chambre.
Lorsque la section de la chambre de décomposition est ronde ou sensiblement ovale, la conduite d'évacuation du gaz à l'eau et des cendres est montée de préférence au centre de la chambre et elle aboutit à. l'extérieur en traversant les pa- rois frontales de la chambre par l'intermédiaire d'un joint
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hermétique, tout en communiquant par des orifices avec l'in- térieur de la chambre. Le gaz à l'eau produit sort alors de la chambre par cette conduite d'évacuation centrale con- jointement avec les cendres qui entrent dans la conduite d'as- piration d'une part sous l'action de la force centrifuge par laquelle elles sont séparées des particules de combustibles plus lourdes et d'autre part sous l'action de l'aspiration produite dans la conduite d'évacuation.
Pour assurer une bonne transmission du chauffage extérieur au courant de combustible pulvérulent et de vapeur d'eau qui circule dans la chambre d'arrivée, il faut veiller à ce que le chauffage extérieur soit réparti aussi uniformément que possible sur les parois à chauffer, suivant l'invention on obtient ce résultat en introduisant le gaz de chauffage et l'air de combustion dans la chambra de chauffage de façon à leur imprimer un mouvement giratoire dans cette chambre.Il se produit alors dans la chambre de chauffage une flamme gi- ratoira dans laquelle entre le mélange de gaz de chauffage et d'air de combustion, ce qui assure immédiatement une bonne répartition, sur toute la surface de la chambre de chauffage, des nouvelles quantités de matière qui entrent.
On évita donc la formation dejets de flamme qui pourraient surchauffer par endroit les parois da la chambre. La conduite d'évacuation des gaz sortant de -la chambre de chauffage se trouve également au centre de cette chambre et élit traverse les parole ante- risures de celle-ci par l'intermédiaire d'unjoint hermétique pour aboutir à. l'extérieur tout en communiquant par des ouver- tures avec l'intérieur de la chambre.
Le courant de gaz de chauffage se déplace ensuite en spirale à l'intérieur de la chambre de chauffage en partant du pourtour et en se dirigeant
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vers la$ canaux 4'évacuât ion. On peut obtenir un réchauffage préalable du gaz de chauffage et de l'air de combustion en faisant en sorte qu'avant d'entrer dans la chambre de chauf- fage ces matières traversent une enveloppe chauffante entou- rant cette chambrée Ceci a en outre pour effet de réduire les pertes de chaleur dues au rayonnement de la chambre de chauf- fage, L'enveloppe chauffante peut aussi être prolongée jus- qu'à la chambre de décomposition: de sorte que celle-ci est alors chauffée extérieurement de toutes parts.
Il est avantageux de réunir en batterie plusieurs cham- bras de décomposition avec les chambres de chauffage qui les limitent de chaque côté. Suivant l'invention un corps conduc- teur traversant les chambres de décomposition et les chambres de chauffage en leur centre comporte les collecteurs servant d'une part pour le gaz à l'eau et les cendres et d'autre part pour les gaz d'échappement du chauffage, l'un des collecteurs communiquant par des ouvertures avec l'intérieur des chambres de décomposition et l'autre avec l'intérieur des chambres de chauffage.
Les matières servant au fonctionnement peuvent aussi être animées d'un mouvement giratoire dans une cheminée al- longée en hauteur. Pour évacuer le gaz à l'eau produit et les cendres on utilise, suivant l'invention} une chambre d'éva- cuation faisant suite, à la partie supérieure. à l'intérieur de la chambre de décomposition remplie par le courant gira- toire.
sous l'action d'aspiration, régnant dans cette chambre d'évacuation, une partie du courant giratoire est dirivée vers le haut sans déranger le courant giratoire de façon apprécia- ble, Lorsque la section de la chambre d'évacuation des gaz est suffisamment grande, les particules de combustible les
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plus lourdes non décomposées contenues dans ce courant de gaz dérivé se séparent par suite de la diminution de la vi- tesse d'écoulement et retombent dans la chambre de décomposi- tion, tandis que le gaz , l'eau et les cendres sortent par la conduite d'évacuation faisant suite à la chambre d'évacuation.
Le mouvement giratoire des matières de fonctionnement est facilité par une chambre annulaire ménagée par des cloi- sons directrices verticales dans la chambre allongée en hau- teur, chambre annulaire dans laquelle on insuffle les matières de fonctionnement,, Un ajutage en forme d'injecteur peut être monté entre la cloison directrice et les parois de la chambre au point d'introduction des matières de fonctionnement.
Les dessins annexés représentent plusieurs modes de réa- lisation d'un gazogène utilisé pour la mise en pratique du procédé en question.
Fig. 1 est une coupe longitudinale verticale schématique d'une batterie de gazogène construite suivant l'un.' de ces modes de réalisation,,
Fig. 2 est une coupe transversale d'une chambre de décom- position, par la ligne A-B de fig.l.
Fige 3 est une coupe transversale d'une chambre de chauf- fage, par la ligne C-D de :rigole
Fig. 4 est une coupe longitudinale verticale d'une varian- te du gazogène.
Fige 5 est une coupa transversale horizontale par la ligne E-F da fig.4.
Fig. 6 est une coupe longitudinale verticale par la ligne G-H de fig.5.
Figs. 7 et 8 montrent deux variantes du gazogène de fig.4.
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La batterie de gazogène représentée en figs. 1 à 3 est constituée par différentes chambres de décomposition 1 juxtaposées et par les chambres de chauffage intermédiaires
2. chaque chambre de décomposition l.est constituée par l'en- veloppe cylindrique 3 en matière réfractaire et par les parois d'extrémité 3 qui constituent également les parois d'extrémi- té des chambres de chauffage cylindriques 2. Aux enveloppes
3 des chambres de décomposition font suite les enveloppes cy- lindriques 5 des chambres de chauffage 2.
Des tuyères 6: au nombre de trois par exemple, auxquel- les on fait arriver un mélange de charbon pulvérulent et de vapeur d'eau, débouchent tangent tellement dans la partie inférieure de l'enveloppe cylindrique 3 de la chambre de dé- composition 1. L'enveloppe 5 de la chambre de chauffage 2 est entourée par une enveloppe de chauffage 7 dont la cavité est divisée en deux parties semi-circulaires 8,9, La partie 8 dé- bouche dans la conduite d'arrivée 10 des gaz de chauffage et, par une tuyère 11, dans la chambre de chauffage 2. La conduite d'arrivée 12 de l'air de combustion est reliée à la partie 9, qui débouche dans la chambre de chauffage 2 par un ajutage tangentiel 13 dirigé dans le même sens.
Un corps conducteur 14 traversant hermétiquement les parois extrêmes 4 des deux cham- bres 1 et 2 est muni de deux collecteurs distincts 15, 16. Le collecteur 15 communique par des ouvertures 17 avec la chambre de décomposition 1 et le collecteur 16, par des ouvertures un peu tangentielles 18, avsc la chambre de chauffage 2. L'envelep- pe chauffante 7 peut aussi âtre prolongée par dessus l'envelop- pe 3 de la chambre de décomposition 1.
Le mélange de charbon pulvérulent et de vapeur d'eau est Insufflé avec une grande vitesse dans la chambre de décompo- sition 1 et par suite de son .introduction tangentielle par les
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tuyères 6 . il est animé d'un. mouvement giratoire dans oet- te chambre.
Les gaz de chauffage sont introduits dans les chambres de chauffage voisines 2 par la tuyère 11 et l'air de combustion y est également introduit tangent tellement par la tuyère 13. il se produit dans ces chambres une flamme gira- toire qui chauffe extérieurement les chambres de décomposi- tion 1, Le mélange de charbon pulvérulent et de vapeur d'eau anime d'un mouvement giratoire dans les chambres de décompo- sition 1 passe donc sur les parois chaudes des chambres avec une grande vitesse, jusqu'à ce que tout le charbon pulvérulent soit transformé en cendres, car les parcelles de charbon pul- vérulent sont projetées par la force centrifuge sur l'enveloppe 3 de la chambre, C'est seulement lorsque ces parcelles ont été, par le chauffage extérieur,
portées à la température de décomposition, ce qui peut n'être le cas qu'après plusieurs passages, qu'elles sont transformées en cendres, ce qui a pour effet de réduire leur poids spécifique. Ceci a pour conséquence qu'elles ne subissent plus l'action de la force centrifuge qu'à un degré moindre, de sorte que l'aspiration régnant dans le collecteur 15 l'emporte et que les cendres s'échappent dans le canal 15 par les ouvertures 17 avec le gaz à l'eau produit.
Pour empêcher le charbon pulvérulent de s'accumuler au fond de l'enveloppe cylindrique 3, les tuyères 6 se trouvent à cet endroit, de sorte que le char on pulvérulent qui pourrait s'accumuler est toujours entraîné de nouveau dans la circula- tion par le courant qui entre.
Le courant de gaz à l'eau qui sort ne contient donc plus que des cendres, mais pas de charbon pulvérulent non décompo- sé. La production du gaz à l'eau est sensiblement accélérée par le fait que le mélange de charbn pulvérulent et de vapeur
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d'eau passe avec une grande vitesse sur les parois chauffées de la chambre l, de sorte que le transfert de la chaleur des gaz de chauffage circulant dans les chambres de chauffage 2 au mélange à travers les parois 4 et 3 des chambres 1 a liau rapidement. Le production du gazogène est donc très grande.
Le mouvement giratoire 'de la flamme dans les chambres de chauffage 2 répartit la chaleur très uniformément sur tout le pourtour de ces chambres. Les gaz de chauffage et l'air de combustion sont entraînes par la flamme giratoire et répartis 'dès leur entrée dans la chambre par les tuyères 11 et 13. On évite donc efficacement toute surchauffe locale de la chambre de décomposition 1.
Les gaz d'échappement entrent dans le col- lecteur 16 par les orifices 18 sous l'action du tirage et s'e- chappent à. l'extérieur,. Les gaz de chauffage et l'air de com- bustion sont en outre préalablement chauffés en traversant l'enveloppe chauffante 7, 8 ou 7, 9 ce qui réduit les pertes dues au rayonnement des chambres.
A une de ses extrémités (fig.l) le corps conducteur 14 qui traverse toutes les cendres 1 et 2 est relié par son col- lecteur 15 pour le gaz à. l'eau et les cendres a une conduite
19 aboutissant à un surchauffeur de vapeur 20. Le courant de gaz sortant de ce surchauffeur entre dans un épurateur 21 dans lequel il est débarrassé de cendres. Au sortir de cet épurateur le gaz à. 1 eau est conduit au point de consommation ou dans le gazomètre. Le collecteur 16 des gaz d'échappement des chambres de chauffage 2 C omrauniqus avec un échangeur de chaleur 22 dans lequel les gaz de chauffage et l'air de com- bustion sont préalablement chauffés.
Les gaz de chauffage en- trent par une conduite 23 dans la conduite de répartition 10 (fig.3) et l'air de combustion entre par une conduite 24 'dans la conduite de répartition 12. Les gaz d'échappement
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sortant de l'échangeur de chaleur 22 entrent dans une chau- dière 25 qui utilise la chaleur perdue pour produire la va- peur nécessaire à la fabrication du gaz à l'eau. Cette vapeur entre par la conduite 26 dans le surchauffeur 20 et arrive par une conduite 27 aux tuyères 6 des chambres de décomposition 1.
Le charbon pulvérulent peut aussi être insufflé dans les chambres de décomposition indépendamment de la vapeur d'eau.
Dans le mode de réalisation représenté par fige. 4 à 6, les chambres de décomposition, qui sont relativement étroites, sont allongées en hauteur. Dans la partie centrale de la che- minée 28 des chambres de décomposition est montée une cloison verticale directrice 29 par laquelle un espace annulaire 30 est formé dans la chambre. A son extrémité supérieure la cloison 29 comporte un renforcement 31 en face duquel se trou- ve un renforcement 32 des parois de la cheminée 28. Ceci cons- titue une tuy-ére 33 dans laquelle s'engage le tuyau 34 qui est dirigé vers le bas et par lequel arrivent le charbon pul- vérulent et l'air de combustion. Au fond de la cheminée 28 se trouve un plan incliné 35 auquel fait suite, à la partie inférieure, un tuyau d'évacuation 36 comportant un obturateur.
Au sommet de la cheminée 28 est montée une grille 37 au-dessus de laquelle se trouve une chambre d'évacuation 38. A cette chambre fait suite la conduite 39 qui aboutit au barillet 40.
Entre les chambres de décomposition 30 se trouvent les chambres de chauffage 41 ( fige. 5 et 6) qui sont chauffées comme d'ha- bitude, le gaz de chauffage et l'air de combustion arrivant en bas, le gaz par une conduite 42 et l'air par une conduite 43. Les gaz d'échappement sortent des chambres de chauffage 41 par des canaux 44.
Le mélange de charbon pulvérulent et de vapeur d'eau
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insuffle dans la chambre annulairea 30 avec une grande vitesse par la conduite 34 descend d'abord et il est dévié par la cloison directrice 29 au fond de la cheminée 28 de façon à remonter dans la partie de la chambre annulaire qui est oppo- sée au point d'introduction. Comme la tuyère 33 agit à la façon d'un injecteur, le mélange est entraîné par le jet sor- tant de la conduite 34, de sorte qu'il prend un mouvement gi- ratoire dans la chambre annulaire 30, comme le montrent les flèches.
Les parcelles de charbon pulvérulent resteront donc en suspension et en circulation. comme dans le mode de réali- sation représenté en tigs. 1 à 3, jusqu'à, ce qu'elles aient été portées par le chauffage extérieur à la température de décomposition et qu'elles se soient transformées en cendres sous l'action de la vapeur d'eau.
Si des parcelles de combustible plus lourdes tombaient néanmoins, elles se déposeraient en couche mince sur le plan inclina 35 et le courant de gaz chaud passant sur ce plan incliné les entraînerait de nouveau en majeure partie dans la circulation ou les porterait tout au moins à la température de décomposition. Les cendres qui se déposent peuvent être éva- cuées par le tuyau 36.
Lorsque le courant giratoire de gaz passe sur la grille
37, une partie de ce courant est dérivée de la circulation sous l'action de l'aspiration qui règne dans la chambre d'évacua- tion. Le courent de gaz partiel entrant dans la chambre 38 en passant 4 travers les tentes de la grille 37 diminue de vi- tesse dans cette chambre, parce que la section de passage de celle-ci est beaucoup plus grande que la section libre de la grille 37. Les parcelles de charbon pulvérulent les plus lour- des non décomposées, qui auraient pu être entraînées, se sé-
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parent donc des cendres plus légères dans les chambres 38 et retombent à travers la grille 37 dans la chambre annulaire 30, où elles sont introduites de nouveau dans la circulation par le courant de gaz circulant dans cette chambre.
Le gaz à l'eau produit passe dans le barillet 40 avec les cendres.On évite donc aussi, dans ce cas, que du charbon pulvérulent non décomposé s'échappe avec le gaz à l'eau,,
Dans la variante représentée par fig.7 la mélange de charbon pulvérulent et de-vapeur d'eau est introduit dans la chambre Annulaire 30 à la partie inférieure de celle-ci. La tuyère 33 se trouve à la partie inférieure de la cloison di- rectrice 31 et des parois de la cheminée 28. Le point d'intro- duction se trouve alors un peu au dessus du plan incliné 35, c'est-à-dire à un endroit où l'action d'injecteur de la tuyère 33 est grande. On est donc certain que les parcelles de char- bon pulvérulent qui se dont déposées sur le plan incliné sont renvoyées dans la circulation.
Dans le mode de réalisation représenté par fig.8, deux cloisons directrices verticales 45 espacées l'une de l'autre sont montées dans la cheminée 28. On obtient ainsi deux cham- bres annulaires 46 dont la partie inférieure est commune aux deux. Les extrémités Inférieures des cloisons directrices 45 sont inclinées l'une vers l'autre de façon à former une tuyère 47. Au dessous de cette tuyère, le tuyau d'arrivée 34, de cha- que côté duquel se trouvent les plans inclinés 35, débouche au fond de la cheminée 28.
Le mélange de charbon pulvérulent et de vapeur d'eau introduit décrit deux trajets circulaires dans la chambre 46 comme le montrent les flèches de fig.8. Comme la conduite d'arrivée 34 débouche au point le plus bas du fond de la che-
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minée 28' le charbon pulvérulent qui se dépose sur le plan incline 35 est soulevé en touthillon par le jet sortant de la conduite 34 et renvoyé dans la circulation.
Au lieu d'injecter le charbon pulvérulent avec la va- peur ci'eau, on peut aussi le faire tomber .Librement de haut en bas dans la cheminée 28 de façon qu'il soit entraîné par le Courant de gaz chaud en circulation. La chambre d'évacua- %ion 38 peut aussi se trouver à la partie supérieure de le che- minée 28 et sur le côté. Enfin une tuyère particulière agis- sant à la façon d'un injeoteur peut aussi être montée au point d'introduction.
Dans les modes de réalisation représentés par fige. 4 à 8,le chauffage des chambres de décomposition peut natu- rellement avoir lieu aussi au moyen de chambres de chauffage dans lesquelles les gaz de chauffage et l'air de combustion circulent comme dans le mode de réalisation représenté par fig.3. Pour produire la circulation des matières de fonction- nement on peut aussi se passer des cloisons directrices à condition de donner une forme appropriée à la cheminée du gazogène.
Au lieu d'insufler le combustible avec la vapeur dans la chambre de décomposition, on peut aussi utiliser à cet effet un gaz permanent. Lorsqu'on utilise des combustibles
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non oolcéîfiés ou à deIQ.1-cokélf1és. on peut aussi produire du gaz double qui est constitue, comme on le sait,par du goudron distillé du gaz d'éclairage et du gaz à l'eau. Au lieu d'u- tiliser du charbon pulvérulent ou du charbon réduit en poudre fine, on peut naturellement utiliser aussi un combustible à grain fin.