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Installation pour la production de gaz pauvre.
La présente invention a pour objet la production d'un gaz de chauffage de valeur provenant de combustibles poussiéreux ou à grains fins.
Il a déjà été proposé de brûler des combustibles poussiéreux ou à grains fins dans un foyer à poussière, c'est-à-dire en sus- pension, et de mettre les gaz d'échappement chauds, riches en aci- de carbonique, provenant de la combustion précédente, en contact avec un autre combustible poussiéreux ou à grains fins, de sorte que l'acide carbonique peut se transformer en oxyde de carbone.
Suivant la proposition connue, le combustible est mis en contact avec les gaz de combustion chauds dans un puits vertical, lors de quoi le combustible traverse le puits du haut vers le bas alors que les gaz de combustion chauds traversent le puits du
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bas vers le haut, donc en un courant opposé à celui du combusti- ble,
La présente invention a en vue d'améliorer la production d'un gaz combustible intéressant provenant de combustibles poussiéreux. ou à grains fins de façon à obtenir un rendement élevé en gaz combustible de très bonne qualité et une production intense du gazogène et à éviter certaines difficultés qui, jusqu'à présent, étaient causées par l'agglomération des cendres du combustible.
La production du gazogène en gaz combustible de valeur et le pouvoir calorifique du gaz obtenu augmentent en même temps que la température à laquelle les gaz de combustible chauds vien- nent en contact avec le combustible. D'autre part, la température des gaz ne peut atteindre la valeur à laquelle les cendres du combustible fondent ou deviennent gluantes.
La présente invention prévoit en principe de faire circuler en un même courant, du haut vers le bas, à travers une cuve de gazéification en ordre principal verticale ou approximativement verticale, les gaz de combustion chauds obtenus par la combustion d'une partie du combustible, à grains fins ou en poussière, à traiter et l'autre partie de ce combustible.
L'avantage essentiel du procédé suivant l'invention consiste en ce que le combustible est échauffé rapidement à la température de réaction, de sorte que le carbone ne subit aucune transforma- tion, par exemple une modification graphitique, diminuant sa ca- pacité de réaction et en ce que, d'autre part, une fusion des cendres dans la zone à très haate température du gazogène est rendue impossible par le fait qu'une grande quantité de carbone en forme élémentaire y est présente.
Dans les procédés connus, où l'on gazéifie à contre-courant, il existe une très grande quantité de cendres dans la zone à température élevée du gazogène, de sorte qu'une agglomération ou même une fusion des cendres est possible lorsque la température de réaction ne varie que très peu, ce qui pratiquement est inévitable, En outre, dans la gazéi-
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fication à contre-courant, le combustible est réchauffé assez lentement et dans la zone à très haute température de la cuve de gazéification, il est dans un état relativement peu propice à une réaction.
Quoique la gazéification à contre-courant devrait théoriquement réaliser l'économie la plus favorable de la chaleur et la meilleure utilisation du carbone, car la chaleur sensible des gaz combustibles chauds peut être utilisée pour l'échauffe - ment préalable du combustible, elle donne lieu cependant à un très mauvais rendement du gazogène et à un gaz combustible à faible pouvoir calorifique.
La présente invention propose en outre de disposer dans la cuve de gazéification des surfaces planes ou à gradins, horizon- tales ou inclinées, le long desquelles circule le mélange de com- bustible et de gaz chauds et sur lesquelles, le cas échéant, peu- vent se déposer les gros grains du combustible, de sorte que ces derniers, ont suffisamment de temps pour réagir avec les gaz chauds,
Suivant la présente invention, une canalisation conduisant obliquement vers le haut est ensuite raccordée en dessous à la cuve de gazéification pour permettre l'évacuation des gaz combus- tibles. Suivant l'invention, cette canalisation est reliée à une seconde chambre de réaction, constituée dans le genre d'un cyclo- ne, dans laquelle la réaction se termine et où le gaz combustible se sépare des cendres du combustible entraînées avec lui.
Enfin il est encore à mentionner, comme particularité im- portante de l'invention, le fait que le combustible, de préférence additionné de vapeur d'eau surchauffée, est introduit à l'extré- mité supérieure de la cuve de gazéification.
Au dessin, la fig.l montre schématiquement, en vue et en coupe verticale partielle, un gazogène conforme à l'invention, la fig.2. montre une coupe verticale à travers une autre for- me de réalisation du gazogène, la fig.3 montre une coupe verticale à travers une troisième forme de réalisation du gazogène et
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la fig.4 montre une coupe verticale suivant la ligne II-II de la fig.3.
Suivant la fig.l du dessin, l'installation servant à la mise en oeuvre du procédé comprend un gazogène 1 qui a la forme d'une cuve rétrécie vers le bas constituée en matériaux réfractaires.
Deux foyers à poussière de charbon 2 sont disposés à l'extrémité supérieure de la cuve de gazéification et sont pourvus de brûleurs 3 et d'une sole 4 munie d'ouvertures. Pour l'alimentation du brâ- leur, on introduit à l'endroit 5 de la poussière combustible et par la conduite 6 de l'air, de préférence échauffé. En outre, de l'air est encore injecté en dessous de la grille 4 comme l'indi- quent les flèches 7 et une certaine quantité d'air secondaire est amenée dans la chambre de combustion 2 aux endroits 8. L'air peut, dans certaines circonstances, être additionné de vapeur.
Les deux foyers à poussière de charbon 2 débouchent dans la partie supérieure de la cuve 1. plusieurs tuyaux 10 d'amenée du combustible sont raccordés au plafond 9 de la cuve, lesquels tuyaux sont alimentés par une trémie 11. Le combustible est ainsi distribué aussi uniformément que possible sur toute la section de la cuve 1.
Des ouvertures 12, 13 et 14 sont encore pratiquées dans la cuve à des hauteurs différentes et permettent d'introduire de l'air et éventuellement de la vapeur d'eau dans la cuve. De cette façon, il est possible de régler exactement la température dans la partie supérieure de la cuve 1.
La poussière combustible entrant dans la cuve est entraînée en tourbillons, par les gaz chauds des foyers à poussière 2 qui, de préférence, débouchent dans la cuve tangentiellement et dans le même sens. Par suite de la température élevée des gaz de com- bustion chauds, l'acide carbonique et la vapeur d'eau entrent ra- pidement en réaction avec le combustible finement divisé.
Les gaz sont aspirés vers le bas, lors de quoi la réaction avec le combustible se termine, puis ils quittent finalement la cuve 1 par la conduite 15 qui les amène dans ie séparateur de
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poussière (cyclone) 16.
La poussière combustible, se séparant dans le cyclone 16, est enlevée par l'intermédiaire de la conduite 20 et est ramenée dans la trémie à combustible 11 au-dessus de la cuve de gazéifi- cation,
Les grosses particules de poussière et les scories se ras- semblent sur le fond conique 21 d'où elles sont enlevées grâce au tuyau 22. Le gaz arrive par la canalisation 17 dans un laveur 18 et est aspiré hors de ce dernier par la conduite tubulaire 19.
Le gazogène, représenté à la fig.2, comprend une enveloppe cylindrique 101 garnie de matière réfractaire 102. Le cylindre est pourvu, à son extrémité supérieure, d'une saillie 103 à la- quelle vient s'adapter l'enveloppe 104 d'un foyer pour charbon pulvérisé. La poussière combustible est amenée au brûleur 105 du foyer pour pulvérisé par la conduite 106 ; l'air primaire y est amené par la canalisation 107. L'air secondaire est distribué à. travers les canaux 108 pratiqués dans L'enveloppe, lesquels sont reliés par les orifices 109 à la chambre de combustion 110.
La sole de la chambre de combustion 110 est constituée par une grille inclinée 111 à travers. laquelle, par l'intermédiaire d'une chambre de distribution 112, de l'air est également amené dans la chambre de combustion,
Lors de la combustion des poussières combustibles dans le brûleur 105, les grosses particules tombent sur la grille 111 où elles se consument complètement. Les gaz chauds passent alors de la chambre de combustion 110 dans le haut de la cuve de gazéifi- cation 113. De la poussière combustible est introduite, en quanti- tés réglables, de la trémie 116 par des ouvertures 115 pratiquées dans le plafond 114 du gazogène.
La quantité de poussière combus- tible à soutirer de la trémie 116 est réglée de telle manière que le mélange gazeux très chaud, s'échappant de la chambre de combustion 110, entre en réaction et que son acide carbonique se transforme en oxyde de carbone.
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Une partie du combustible en poussière faisant partie du courant gazeux, qui s'échappe de la chambre de combustion 110, est dirigée vers la face supérieure d'une saillie 117 à la paroi de la cuve du gazogène. La face supérieure de cette saillie mu- rale est, comme le montre la figure, pourvue de gradins 118 sur les plans horizontaux desquels se dépose une partie des gros grains. poussière combustible et gaz se déplacent vers le bas dans la chambre de gazéification 113 et se heurtent alors à une sail- lie murale 119 disposée en quinconce, dans ce but, sur le côté, de la cuve faisant face à la saillie 117. La saillie murale 119 est semblable à la saillie 117.
Sur les gradins 120 de la saillie murale se dépose à nouveau de la poussière combustible qui, en même temps, protège avantageusement la matière réfractaire contre un surchauffage,
D'autres saillies murales 121 et 122 sont encore disposées plus bas dans la cuve, en dessous de la saillie murale 119, de telle façon que le mélange gaz-poussière combustible doit se dé- placer en zigzag dans la cuve de gazéification 113. La hauteur de la cuve 113 est choisie telle que la réduction entre la pous- sière combustible et le gaz chaud s'opère dans la mesure désirée.
Le gaz combustible est finalement aspiré à la partie inférieure du gazogène 101 par la canalisation tubulaire 123, tandis que les résidus du combustible sont enlevés en 124.
Les saillies murales 117, l19, 121 et 122 s'étendent sur toute la largeur de la cuve du gazogène. Cependant, il est enco- re possible de former de plus petites saillies murales et de les disposer sur une ligne hélicoïdale, grâce à quoi les tourbil- lonnements du mélange gaz-poussière dans la cuve du gazogène peu- vent être améliorés dans certaines circonstances.
La poussière combustible, constituée par un assemblage de grains utilisé ordinairement dans les foyers pour charbon pulvé- risé, renferme une certaine quantité d' éléments à gros grains
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dont la transformation demande un certain temps. Si l'on agit sur des poussières de ce genre avec des gaz de combustion chauds, en vue de réduire l'acide carbonique de ces derniers, les grosses particules du poussier demanderont un temps sensiblement plus long que les particules fines avant d'être complètement consu- mées. D'autre part, les gros grains seront moins fortement en- traînés par le courant gazeux que les grains fins.
Lorsque de la poussière combustible à différentes grosseurs de grains est introduite dans le gazogène suivant l'invention, les particules fines sont, d'une manière semblable que dans un cribleur à air, entraînées par le courant gazeux chaud, tandis que les grosses particules se déposent sur la face supérieure des saillies murales disposées en quinconce. Les gaz de réaction chauds balayent alors les grains combustibles qui se sont déposés et diminuent graduellement leur grosseur jusqu'à ce que le grain de poussière puisse être entraîné par le courant gazeux. Les nombreux changements de direction qui sont imposés au courant gazeux dans le gazogène suivant l'invention, obligent le gaz ,chaud qui tourbillonne à venir frotter sur les grosses particu- les de combustible qui se sont déposées sur les saillies murales.
Une partie du combustible à gros grains glisse, de ce fait, petit à petit sur la face supérieure des saillies murales du haut vers le bas. Dans tous les cas, le séjour dans le gazogène, même pour les grosses particules de poussière, dure cependant assez longtemps que pour que le carbone du combustible soit lar- gement utilisé. même lorsque le courant gazeux circule à grande vitesse comme cela est nécessaire lorsque l'on veut obtenir un rendement élevé du gazogène.
Afin de garder les faces supérieures des saillies murales de la cuve de gazéification libres de tout dépôt, des ouvertures 132 pour le nettoyage sont encore pratiquées dans la cuve de ga- zéification, ouvertures à travers lesquelles la cuve est accessi- ble avec des outils appropriés.
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L'introduction de la poussière combustible au plafond de la cuve se fait de préférence de façon que, entre le gaz très chaud s'échappant de la chambre de combustion 110 et la paroi réfrac- taire de la cuve, il est maintenu un voile de poussière qui em- pêche un surchauffage des maçonneries réfractaires dans la partie supérieure de la cuve de gazéification où règne la température la plus élevée.
Les poussières, retirées du séparateur de poussière, relié à la sortie des gaz 123, qui a pour but d'enlever les poussières combustibles, etc. hors du gaz, peuvent, en vue de l'utilisation. du combustible contenu en elles, être envoyées dans le brûleur pour charbon pulvérisé 110, de sorte que pratiquement tout le carbone introduit dans le gazogène est utilisé. En outre, il est avantageux de souffler les poussières retirées, avant qu'elles soient refroidies, dans le foyer pour pulvérisé.
Dans la forme de réalisation suivant les fig.3 et 4, le ga- zoène 201 servant à la gazéification des matières poussiéreuses ou finement granulées consiste en matériaux réfractaires et est disposé sur des supports 202. Le gazogène se compose de la cham- bre de combustion 203 et de la chambre de réaction 204.
A la pa- roi frontale de la chambre de combustion 203 est disposé un brû- leur pour charbon pulvérisé 205 auquel la poussière de charbon est injectée par la conduite d'amenée 206 et l'air de combustion par la conduite 207. La chambre de combustion 203 est pourvue, en dessous, d'une ouverture d'évacuation 208 dans laquelle se ras - semblent les cendres du poussier consumé et par où ces dernières sont de temps en temps retirées. A la sole de la chambre de com- bustion 203 est raccordée, en dessous, une surface inclinée et montante 210 qui débouche, avec le plafond 211 et les parois la- térales de la chambre de combustion, tangentiellement, par un orifice 212, dans un espace en forme de cyclone 213.
Dans la chambre à cyclone 213 débouche en outre une fente 214 qui traverse sur à peu près toute sa largeur le plafond de
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la chambre et par laquelle les poussières combustibles finement divisées, provenant du réservoir 215, arrivent dans le chemin des gaz de combustion débouchant par l'orifice 212 dans la chambre 213.
Le poussier combustible entre en contact intime avec les gaz chauds de combustion et se mélange avec ces derniers dans la chambre à cyclone dont l'axe est disposé horizontalement. Les poussières combustibles arrivent alors avec leurs particules gazéifiées dans une cheminée 215 en forme de canal, approximati- vement verticale,'raccordée au dessous de la chambre à cyclone 213 et dont la longueur peut être prise à volonté. La cheminée 215 est recourbée en dessous en 216 et se continue en un canal 217 s'élevant en oblique vers une chambre 218 constituée d'une manière analogue à la chambre 213 ; canal 217 débouche aussi tangentiellement dans le haut de la chambre 218. Dans l'axe cen- tral de cette dernière sont disposées, des deux côtés, des sorties latérales de gaz utile.
La chambre de réaction 204 est, de préfé- rence, partagée en deux espaces plus étroits par une cloison de séparation moyenne 225 afin de donner lieu à une bonne possibili- té de réaction.
La chambre 218 se rétrécit vers le dessous dans une sortie de cendres 220 dans laquelle ne se déposent, en ordre principal, que les cendres des grains de poussière fins, entraînés par le gaz, qui ne contiennent plus aucune particule non gazéifiée.
Les gros grains de poussière du charbon non encore complètement gazéifiés se déposent à l'endroit le plus profond 216 de la che- minée 215 en forme de canal, dans un orifice d'évacuation 221.
Les grains de combustible de grosseur moyenne et gazéifiés jusqu'à une certaine grosseur se déposent sur le sol de la cheminée obli- que 217. Dans le sol de cette cheminée, environ au milieu, est disposé un autre canal d'évacuation 222, grâce auquel les cendres sont retirées suivant les besoins.
'La durée du séjour du combustible déposé dans la chambre de réaction, en particulier aux endroits de recourbement de la
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cheminée 216 et dans la cheminée inclinée 217, dépend du temps nécessaire pour sa gazéification complète par le courant gazeux chaud le balayant. Les cendres ou les poussières combustibles non encore gazéifiées, se déposant sur le fond de la cheminée obli- que 217, glissent par suite de l'obliquité de cette dernière, disposée sous un angle d'inclinaison approprié, vers les canaux d'évacuation 221 ou 222 au cas où la poussière se formant lors de la désagrégation des grains du poussier combustible n'est pas entraînée par le courant gazeux dans la chambre à cyclone 218.
Des ouvertures 224 pour le nettoyage ou la surveillance sont pratiquées, dans le prolongement de la cheminée oblique 217, dans le plafond 223 de la chambre 218. Des trous pour la surveillance ou le nettoyage sont en outre pratiqués dans le plafond de la chambre de réaction 204 ainsi que dans la chambre de combustion 203 afin de rendre facilement accessibles l'intérieur des cham - bres de réaction et de combustion. Des trous pour le nettoyage et la surveillance sont également disposés latéralement dans les maçonneries 227 et conduisent au canal 215, 217. En plus de cela, des trous d'homme 228 sont encore pratiqués dans la maçonnerie 227.
Dans la sole inclinée 210 de la chambre de combustion 203 sont placés des canaux de refroidissement 229 dans lesquels est injectée, de préférence, de la vapeur d'eau afin de protéger les maçonneries contre un surchauffage provoqué par les tempéra- tures élevées obtenues au moyen du brûleur 205. En dessous de ces canaux de refroidissement 229, il est encore- prévu un plus grand canal 230 refroidi à l'air.
De la vapeur d'eau, de préférence la vapeur surchauffée dans les canaux refroidisseurs 229, peut être introduite dans la chambre de combustion par un orifice 231 disposé latéralement dans la maçonnerie 227 de la chambre de combustion 203. Un gaz utile contenant du gaz à l'eau peut, de ce fait, être obtenu, en même temps que l'on règle la température des gaz de combustion
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chauds. Les grosses particules de combustible se déposent, dans l'installation suivant les fig.3 et 4, aux endroits les plus bas des chambres à cyclone et des canaux ainsi que, en partie, sur les surfaces inclinées de ces derniers, tandis que les grains fins du poussier sont entraînés par le courant chaud des gaz de combustion et complètement gazéifiés.
Les gros grains qui se sont déposés sont, de même, gazéifiés par le courant des gaz de combus- tion les balayant. Les cendres sont retirées par les orifices d'évacuation disposés aux endroits les plus bas des chambres à cyclone et des canalisations. Le gaz utile obtenu est aspiré à l'extrémité de la chambre de réaction ou au cas où celle-ci est avantageusement fermée par une chambre à cyclone, dans le milieu ou au-dessus de cette dernière.
Grâce à l'installation suivant l'invention, il est possible de gazéifier complètement aussi les gros grains des poussières combustibles dont les cendres sont, suivant les nécessités, reti- rées par les orifices d'évacuation. De par l'introduction de poussière de charbon ou d'air de combustion à différents endroits de la chambre de réaction, on est à même de diminuer ou d'augmen- ter la température et en plus de produire une réduction supplé- mentaire au moyen du carbone amené.
'Comme il a déjà été mentionné ci-dessus, il est avantageux d'introduire de la vapeur d'eau dans la chambre de réaction. La vapeur d'eau réagit avec le carbone aux températures élevées et donne de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. De ce fait, le pouvoir calorifique du gaz combustible obtenu augmente d'une ma- nière très intéressante.
La vapeur d'eau est de préférence surchauffée autant que possible avant son introduction dans les chambres de réaction. Il est avantageux de faire pénétrer la vapeur d'eau en même temps que le combustible dans la chambre de réaction. On peut arriver à réaliser, de cette façon;. une bonne distribution du combustible de l'endroit où il est introduit sur toute l'étendue de la chambre
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de réaction grâce à quoi la réaction du combustible avec les gaz chauds est améliorée.
Sous la désignation de combustible, on entend, dans le cadre de la présente invention, des charbons bitumeux, du coke, de la lignite ou quelqu'autre combustible solide approprié. Le combustible est pulvérisé, de préférence avant d'être introduit dans la chambre de réaction, de telle sorte qu'une quantité aussi grande que possible de combustible se transforme en poussière.
Dans certaines circonstances, il est du reste également possible de brûler des combustibles liquides ou gazeux en vue d'obtenir des gaz d'échappement chauds qui sont amenés en contact avec le combustible solide. Dans ce cas, le foyer pour charbon pulvérisé, qui est montré dans les formes d'exécution représentées au dessin, est remplacé par un foyer approprié au gaz ou à l'huile.
Enfin, il serait encore à mentionner que la cuve de réaction de l'installation conforme à l'invention peut être partagée par des cloisons de séparation verticales en plusieurs sections ou- vertes dans le haut et dans le bas. Ces cloisons de séparation partent, de préférence, de la partie supérieure et élargie de la cuve à laquelle se raccorde le foyer ou foyer à charbon pulvérisé.
Au-dessus, les cloisons de séparation sont avantageusement réali- sées en forme de tranchants, de sorte que la poussière combustible ne peut pas se déposer sur les surfaces terminales des cloisons de séparation.
Notamment lors de la subdivision décrite de la cuve de réaction, il est avantageux de prévoir de nombreuses ouvertures dans le plafond de la chambre de réaction pour l'introduction du combustible, de sorte que ce dernier est réparti autant que pos- sible uniformément sur la section de la cuve de réaction.
Les ouvertures d'introduction du combustible sont avantageu- sement disposées de telle façon que, pour chaque section de la cuve, il est possible d'adapter une conduite d'amenée du combus- tible spéciale et réglable.
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Dans certaines circonstances, il est intéressant de pourvoir l'espace libre au-dessus des cloisons de séparation placées dans la cuve de réaction, de cloisons conductrices qui sont disposées dans la direction du courant gazeux sortant du foyer. De ce fait, les gaz d'échappement chauds sont répartis uniformément sur la section de la cuve. Ces cloisons conductrices verticales peuvent, en outre, servir encore à introduire le combustible directement dans chaque partie de la cuve qui est formée par les cloisons de séparation verticales.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour la production d'un gaz pauvre combustible de valeur, provenant de combustibles en poussière ou finement granulés, par la gazéification du combustible en suspension, lors de quoi des'gaz de combustion chauds sont obtenus dans un foyer et entrent en contact dans une cuve avec le combustible en poussière ou finement granulé, lequel, réparti sur la section de la cuve, tombe librement du plafond de cette dernière, carac- térisé en ce que les gaz de combustion chauds du foyer entrent dans la partie supérieure de la cuve de gazéification et, avec le combustible en poussière ou à grains fins, traversent, tous deux dans le même sens, la cuve pourvue à sa partie inférieure d'une ouverture d'échappement du gaz utile.