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Foyer à charbon, pour turbines à gaz.
Si l'or) veut utiliser du charbon comme combustible pour des turbines à gaz, il faut prévoir des moyens particu- liers pour que le gaz de la combustion ne contienne, autant que possible, pas de suie et de cendres volantes. Il existe en principe, deux moyens différents pour arriver à ce résul- tat. On peut purifier les gaz de la combustion, avant l'en- trée dans la turbine à gaz ou l'échangeur dechaleur, dans des séparateurs de poussières; cela entraîne cependant une grande perte de pression, ce qui n'est pas à souhaiter, sur- tout dans les installations de turbines gaz. D'autre part, on peut faire le foyer de façon qu'il se dégage aussi peu de poussière que possible.
Enfin, pour brûler complètement le charbon et les gaz de la combustion, il faut, le plupart du
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temps, de très grands foyers avec une faible charge en cha- leur.
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On sait c'uo le processus de la combustion n'est "'l''Le termine sur la grille, mais, à proprement parler, n'est qu'amorcé sur'celle-ci. Le combustible n'est, sur la grille, que dégazé et gazéifie et ce n'est que dans la chambre de combustion qui suitnue s'effectue la combustion complète.
Il faut donc amener de l'oxygène aux gaz combustibles mon- tant du lit de combustible. Si cependant l'oxygène est amené par une quantité d'air en supplément de celui qui est néces- saire pour la gazéification, lorsqu'il passe à travers la grille et le lit de combustible, le gaz combustible et l'air montent sous forme d'un mélange grossier. Comme les deux constituants ont la même vitesse et le même sens d'écoule- ment, le mélange intime qui est nécessaire pour la combus- tion ne s'effectue que très lentement. Par suite, il faut prévoir des foyers très hauts si la combustion doit être complète.
Il faut donc faire passer plus d'air à travers la couche de combustible que cela n'est nécessaire en cet en- droit pour le développement de la combustion. Le plus grande
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vitesse imposée de ce fait a l'air entraîne un plus grand tourbillonnement des particules de coke et de cendres. Enfin, le fait que les cendres et les scories doivent tomber par les fentes de la grille par lesquelles monte l'air provoque le refroidissement de la scorie éventuellement liquide et
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la f'''it se solidifier, ne (lui peut conduire facilement à un bo',',che,[,';8 de ces fentes.
Il '(lrt:';3C:;,ÜC 1.1VC't7¯Ocl consiste en ce que les arri- vées (1 "'il' TiOi1.T la gazéification, et la combustion dei# ga nont séparées, c'e ¯)ê::e duc l'arrivée d'air et l'évacuation des cendres, l'alimentation en combustible solide se faisant par en haut', au ,ncre¯ d'une chambre cxn¯u1:,5¯.re extérieure, de 'C1;11e rJor'te que le combustible, eu .. l 1 ..>, ìi; la grille, serve de calorifugcage vis a vis de l'extérieur.
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La séparation des arrivées d'air fait que la quantité d'air passant à travers la couche de combustible est plus petite qu'avec une arrivée d'air -normale. Il en résulte que la stabilité de la couche de combustible est plus grande pour une même capa.cité de combustion. L'air servant à la combustion du gaz peut être utilisé en même temps pour le mélangeage des gaz et obtenir ainsi une bonne combustion dans un espace aussi petit que possible.Etant donné que le charbon arrive à la grille -car une chambre entourant le foyer, il constitue son calorifugeage vis à vis de l'extérieur.
Une grende p-'rtie de la. quantité de chaleur qui passe est prise par le charbon et, par suite, celui-ci arrive sur la grille à l'état réchauffé. Sur la grille, on maintient une couche de charbon élevée afin qu'elle serve en même temps de filtre pour les particules de poussière mises en tourbillonnement dans le charbon lors du soufflage de l'air, jour empêcher que les ouvertures d'en- trée d'air soient bouchées par la scorie, l'évacuation de celle-ci est séparée de l'arrivée d'air.
Toute l'opération peut aussi se faire sous nres- sion en introduisant le charbon et évacuant le scorie au moyen de s
On a représenté schématiquement un exemple de mise en oeuvre de l'invention sur le dessin annexé.
L'air arrive par un tuyau 1. En 2, se sépare la partie de l'air nécessaire comme air de gazéification. Cet air arrive d'abord dans l'intérieur de la double paroi 3 d'une trémie 5, d'où il passe à la grille 4, en refroidis- sant cette trémie. L'air pénètre dans la couche de combus- tible par des fentes 6 de la grille 4 et il y provoque un dégazage et une gazéification du charbon.
Il se forme une zone centrale, donnant la chaleur et dans laquelle se fait la combustion produisant les scories. Dans cette opération, une grande partie du charbon est d'abord transformée en @ CO2. Dans la couche de charbon située au-dessus, le CO2
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réagit avec le carbone etse transforme en 00.
Il doit y avoir pour cela une couche de charbon suffisamment épaisse qui alors en même temps comme filtre arrêtant les cendres et le coke volants. Etant donné qu'il n'y a que la partie de l'air servant à la gazéification qui doit passer à travers le charbon, la vitesse d'écoulement est également plus petite que lorsque -tout l'air doit passer dans le charbon, De ce fait, la, quantité de charbon et de scories mise en tourbillonnement est également plus faible. Par suite, les gaz arrivent presque sans poussière dans la chambre de combustion 7.
La partie principale de l'air arrivant par le puyau 1 pénètre dans l'intérieur d'une double paroi 8 en-- tourant la chambre 7. En cet endroit, l'air se divise encore une fois. Une petite partie va, dans la pn.roi 8, aux tuyères 9 et, de ce fait, refroidit les parois du foyer. Par les tuyères 9, disposées en cercle autour de la chambre 7, cette partie de l'air pendre dans la dite chambre, en jets fins,
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à sr:-,xJ.c1G vitesse. Ils viennent rencontrer les ;n.z ,le 1' combustion qui montent et les mettent en tourbillonnement.
Les (le 1.';'. combustion se .tl'lc^u'1e11t avec cet 3ir frais nui lni fournit 1 t O;,y;È:lle nécesc,:<,ire îOl1r donner une com- bustion complète. De cette façon, on obtient rapidement un
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bon. mélange de sorte que la combustion se fait dans un faible espace et, pour cette raison, la chambre due co:ibnx-- tion ,11(mt otrc petite. Le rente rie e 1 ' T 1 .r arrive <; 1; un dispo- ;:;itii' l-0 et il s'y -i<?:i=:.i.iàe= aux gaz du 1.' combustion es réduisant leur température. De 1;.. chambre de 8 El(Jln'(J.Cc 11, le [(n 111::;8 va, npr lE1- tuyau 1. & , ii 1 ' ,?. n .<-> <T ;, e 1 1 d'utilisation.
Le c' armon :)ét chargé eii haut par l'ouverture z:5 et il arrive, ')T' une C;l,"jbre angulaire 14 sur la trémie 5, l'l=. chambre 7 ebzt donc entourée 0:' charbon formant calori- fusoase 'l):-),T r>J:j-<.>Jy"t 1: In charbon 1)rend 1,- cha- leur qui, ...i,itre<1<#=<;.t , serait cédée à l'isolement; il est,
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par suite, réchauffe, il est dégazé dans la partie inférieu- re et arrive alors sur la. grille 4: où il. est gazéifié.
Les scories s'en vont par le trou d'évacuation 15. La séparation de l'évacuation des scories et de l'arri- vée d'air fait que 'l'on peut retirer les scories par une plus grande ouverture. Ceci empêche qu'elles soient refroi- dies par l'air en sortant, qu'elles s'agglomèrent dans. les l'entes d'entrée d'air et les bouchent. Les scories arri- vent alors.dans le cendrier 16 d'où on peut les enlever par l'ouverture17. Une ouverture18 sert à l'allumage du combustible.
La disposition en question permet donc d'avoir une combustion avec aussi peu de poussière que-possible dans un petit espace. Le foyer est donc fortement chargé.
Cependant, on peut '.maintenir basses les températures grâce à ce que le combustible n'est que gazéifié sur la grille et que la quantité de chaleur produite en cet endroit par kg de charbon n'est que la Moitié decelle produite avec une combustion complète. En conséquence, la température est plus basse et il y a moins à er@indre que les scories fondent.
Du fait qu'il se produitdans la chambre 7 une combustion du gaz qui peut se faire avec un grand excès d'air, la température peut également y être maintenue basse de sorte que la quantité de chaleur transmise au lit de charbon par rayonnement n'est pas trop grande. En outre, ce lit de charbon est refroidi par l'air secondaire insuf- flé directement au-dessus.
Jette disposition permet également d'effectuer la combustion sous pression. Il suffit alors d'introduire le charbon et de retirer =Les scories au moyen de sas. De ce fait, le foyer peut faire partie du. côté à haute pres- sion du circuit de turbines à gaz.
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Charcoal hearth, for gas turbines.
If gold is to use coal as fuel for gas turbines, special means must be provided so that the combustion gas does not contain, as much as possible, soot and fly ash. There are in principle two different ways to achieve this result. The combustion gases can be purified, before entering the gas turbine or the heat exchanger, in dust separators; however, this leads to a great loss of pressure, which is not to be desired, especially in gas turbine installations. On the other hand, the fireplace can be made so that as little dust as possible is released.
Finally, to completely burn the coal and combustion gases, most of the
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time, very large homes with a low heat load.
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We know that the combustion process does not end on the grate, but, strictly speaking, is only started on it. The fuel is not on the grate. grate, that degassed and gasified and only in the subsequent combustion chamber does complete combustion take place.
Oxygen must therefore be supplied to the fuel gases rising from the fuel bed. If, however, oxygen is supplied by a quantity of air in addition to that necessary for gasification, when it passes through the grate and the fuel bed, the fuel gas and air rise in the form of gasification. of a coarse mixture. As the two components have the same rate and direction of flow, the intimate mixing which is necessary for combustion takes place only very slowly. Therefore, very high fireplaces must be provided if combustion is to be complete.
It is therefore necessary to pass more air through the layer of fuel than is necessary in this place for the development of the combustion. The biggest
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This imposed speed on the air causes greater swirling of the coke and ash particles. Finally, the fact that the ash and the slag must fall through the slots in the grid through which the air rises causes the cooling of the possibly liquid slag and
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the f '' 'it solidify, ne (it can easily lead to a bo', ', che, [,'; 8 of these slits.
It '(lrt:'; 3C:;, ÜC 1.1VC't7¯Ocl consists in that the arrivals (1 "'il' TiOi1.T the gasification, and the combustion dei # ga have not separated, this is ¯) ê :: e duc the air inlet and the ash evacuation, the solid fuel supply being done from above ', at, ncrē of a chamber cxn¯u1:, 5¯.re outside, of 'C1; 11th rJor'te that the fuel, had .. l 1 ..>, ìi; the grid, serves as thermal insulation with respect to the outside.
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The separation of the air inlets means that the amount of air passing through the fuel layer is smaller than with a normal air inlet. As a result, the stability of the fuel layer is greater for the same combustion capacity. The air used for the combustion of the gas can be used at the same time for the mixing of the gases and thus to obtain a good combustion in as small a space as possible, since the coal arrives at the grate - as a chamber surrounding the hearth , it constitutes its thermal insulation with respect to the outside.
A large part of the. quantity of heat which passes is taken by the coal and, consequently, this one arrives on the grate in the heated state. On the grate, a layer of carbon is kept high so that it acts at the same time as a filter for the dust particles which swirl in the carbon during the blowing of the air, day to prevent that the inlet openings. air are blocked by the slag, the discharge thereof is separated from the air inlet.
The whole operation can also be carried out under pressure by introducing the coal and removing the slag by means of s
An exemplary embodiment of the invention has been shown schematically in the accompanying drawing.
The air arrives through a pipe 1. In 2, separates the part of the air necessary as gasification air. This air first enters the interior of the double wall 3 of a hopper 5, from where it passes to the grid 4, cooling this hopper. The air enters the fuel layer through slots 6 of the grate 4 and causes degassing and gasification of the coal there.
A central zone is formed, giving off heat and in which combustion takes place, producing slag. In this operation, a large part of the coal is first transformed into @ CO2. In the layer of coal above, the CO2
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reacts with carbon and turns into 00.
For this there must be a sufficiently thick layer of carbon which then simultaneously acts as a filter to stop the ash and flying coke. Since only the part of the air used for gasification has to pass through the coal, the flow velocity is also slower than when all the air must pass through the coal, As a result, the amount of coal and slag swirled is also lower. As a result, the gases arrive almost dust-free in the combustion chamber 7.
The main part of the air arriving through the puyau 1 enters the interior of a double wall 8 by- touring the chamber 7. At this point, the air is again divided. A small part goes, in the pn.roi 8, to the nozzles 9 and, therefore, cools the walls of the hearth. By the nozzles 9, arranged in a circle around the chamber 7, this part of the air hang in the said chamber, in fine jets,
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to sr: -, xJ.c1G speed. They come to meet the; n.z, the 1 combustion which goes up and put them in vortex.
The (the 1. ';'. Combustion is .tl'lc ^ u'1e11t with this fresh 3ir nui lni provides 1 t O;, y; È: lle nécesc,: <, ire îOl1r to give a complete combustion. In this way, we quickly obtain a
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Well. mixture so that the combustion takes place in a small space and, for this reason, the chamber due co: ibnx-- tion, 11 (mt otrc small. The rent rie e 1 'T 1 .r arrives <; 1; un available;:; itii 'l-0 and there is -i <?: i = :. i.iàe = to the combustion gases reducing their temperature. By 1; .. chamber of 8 El ( Jln '(J.Cc 11, the [(n 111 ::; 8 va, npr lE1- pipe 1. &, ii 1',?. N. <-> <T;, e 1 1 use.
The c 'armon:) is loaded eii high by the opening z: 5 and it arrives,') T 'a C; l, "angular jbre 14 on the hopper 5, the l =. Chamber 7 therefore surrounded by 0 : 'carbon forming calori- fusoase' l) :-), T r> J: j - <.> Jy "t 1: In charcoal 1) returns 1, - heat which, ... i, itre <1 <# = <;. t, would be surrendered to solitary confinement; he is,
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consequently, it heats up, it is degassed in the lower part and then arrives on the. grid 4: where there. is carbonated.
The slag goes out through the discharge hole 15. The separation of the slag discharge and the air inlet means that the slag can be removed through a larger opening. This prevents them from being cooled by the air on leaving, that they agglomerate in. the air intake vents and plug them. The slag then arrives in the ashtray 16 from where it can be removed through the opening 17. An opening18 is used to ignite the fuel.
The arrangement in question therefore makes it possible to have combustion with as little dust as possible in a small space. The home is therefore heavily loaded.
However, the temperatures can be kept low thanks to the fact that the fuel is only gasified on the grate and that the quantity of heat produced there per kg of coal is only half of that produced with complete combustion. . As a result, the temperature is lower and there is less to er @ indre for the slag to melt.
Since there is combustion of the gas in chamber 7 which can take place with a large excess of air, the temperature can also be kept low there so that the quantity of heat transmitted to the coal bed by radiation is not is not too big. In addition, this coal bed is cooled by the secondary air blown directly above it.
This arrangement also allows the combustion to be carried out under pressure. It is then sufficient to introduce the charcoal and to remove = The slag by means of airlocks. Therefore, the home can be part of the. high pressure side of the gas turbine circuit.