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APPAREIL POUR LA PREPARATION D'UNE SUSPENSION HOMOGENE D'UN COMBUSTIBLE SOLIDE FINEMENT DIVISE DANS UN AGENT GAZEUX Priorité de la demande de brevet déposée en Suisse le 29 décembre 194-7,sous le n 30.367,au nom de la Société susdite.
La présente invention concerne, d'une façon géné- rale, des appareils servant à préparer une suspension homo- gène d'un combustible solide, finement divisé, dans un agent gazeux et elle vise, plus particulièrement, la création d'un appareil nouveau destiné spécialement à la préparation d'une suspension homogène de matière combustible solide finement divisée en suspension telle, dans un agent gazeux capable de réagir sur cette matière, que celle-ci puisse être gazéifiée par cet agent pour donner un produit gazeux ayant une compo- sition sensiblement uniforme.
La présente invention est spé- cialement utile, par exemple, pour la mise en oeuvre d'un
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procédé pour la production continue, à partir d'une suspen- sion de combustible carboné solide, finement divisé, dans de l'oxygène ou dans de l'air enrichi en oxygène, ou même dans de l'air lui-même, d'un gaz combustible ayant une composi- tion et une valeur calorifique sensiblement uniformes.
L'une des difficultés rencontrées dans l'utilisa- tion des appareils connus pour préparer des suspensions de combustible solide, finement divisé, dans un agent gazeux capable de réagir sur ce combustible, suspensions qui doi- vent être utilisées ensuite pour la mise en oeuvre de pro- cédés de gazéification en vue de produire un gaz combusti- ble, réside dans le problème qui consiste à produire des sus- pensions homogènes contenant des proportions fixes et cons- tantes à la fois de combustible en suspension et d'agent de gazéification, de manière que le résultat de la gazéifica- tion puisse être un produit gazeux de composition constan- te pouvant être indiquée d'avance.
L'un des objets de la présente invention est donc de créer un appareil perfectionné capable de fournir un mé- lange intégral et intime entre le combustible solide fine- ment divisé et l'agent gazeux dans lequel ce combustible doit être en suspension, de façon à former, avec ces compo- sants, un mélange pratiquement homogène ayant une composi- tion uniforme.
Un autre objet de l'invention est de créer un ap- pareil pratique au moyen duquel les suspensions homogènes formées puissent être distribuées à l'endroit où elles doi- vent être utilisées, tout en conservant leur composition homogène.
L'invention a aussi pour but d'offrir d'autres per fectionnements et d'assurer d'autres avantages ou résultats de fonctionnement pouvant être obtenus par les procédés ou
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avec les appareils qui seront décrits plus loin.
Le problème consistant à préparer un mélange inti- me d'un combustible finement divisé dans un gaz capable de réagir sur ce combustible n'est pas nouveau ; se rencon- tre, par exemple, aussi bien dans l'industrie de la gazéifi- cation d'un combustible solide finement divisé pour produire un gaz combustible, que dans 1' industrie du chauffage au mo- yen d'un combustible pulvérisé lorsqu'on désire obtenir une combustion complète du combustible.
Pour cette dernière application, divers systèmes de préparation d'un mélange de combustible solide pulvérisé et d'air, par exemple, et d'introduction du mélange ainsi formé dans une zone de combustion, ont été imaginés et ont fonctionné avec succès. On a proposé, par exemple, d'emplo- yer un dispositif d'alimentation à vis pour délivrer, à par- tir d'un réservoir, du charbon pulvérisé à un dispositif mé- langeur dans lequel le charbon pulvérisé tombe par gravité de l'extrémité du dispositif d'alimentation à vis dans une ouverture pratiquée au sommet d'un appareil de mélange dans lequel ce charbon est mélangé avec de l'air sous une basse pression.
Dans un autre équipement connu le combustible pul- vérisé contenu dans une trémie descend par gravité dans un transporteur à vis actionné par un moteur à vitesse varia- ble ; à son extrémité de sortie l'enveloppe du transporteur à vis est entourée par un anneau dans lequel de l'air est insufflé et cet air, ainsi que le charbon pulvérisé délivré par le transporteur à vis, sont mélangés par des aubes ou palettes disposées à l'extrémité de distribution de l'arbre du transporteur à vis avant que la suspension ne soit déli- vrée à son point d'utilisation.
L'appareil qui vient d'être décrit, ainsi que des appareils analogues peuvent bien con-
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venir pour répondre aux exigences spéciales du chauffage par dessous au moyen de combustible pulvérisé ou pour la combus- tion de ce combustible, mais il est évident que l'on ne peut pas obtenir un mélange homogène continu et positif du combus- tible solide finement divisé avec l'agent gazeux, car il n'e- xiste aucun dispositif servant à désagréger et à redisperser les particules de charbon qui peuvent être agglomérées et for mer des morceaux relativement gros lorsqu'elles se déplacent sous quelque pression à travers l'enveloppe du transporteur à vis.
Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé égale- ment de monter à l'extrémité de sortie du transporteur à vis un dispositif à friction brisant tous les morceaux de combus- tible pulvérisé aggloméré, sans réduire la grosseur des par- ticules de charbon, avant que celles-ci ne viennent en con- tact avec un courant d'air de transport insufflé. Toutefois, ce courant d'air de transport est mis en contact avec les particules de charbon désagglomérées au moyen d'un courant d'air faisant un angle droit avec l'axe du transporteur à vis.
Il en résulte que, malgré l'action de ce dispositif à friction brisant les morceaux agglomérés de combustible pul- vérisé formés pendant le passage de ce combustible dans le transporteur à vis, l'on n'obtient pas de suspension homogène satisfaisante de combustible solide pulvérisé dans le courant d'air, parce qu'au lieu d'être écartées les unes des autres les particules de combustible sont plutôt amenées en contact entre elles sous l'influence du courant d'air.
Suivant la présente invention, une importante caractéristique d'un appareil utilisé dans le but indiqué ci= dessus consiste à faire en sorte que le combustible solide finement divisé soit introduit dans un courant de gaz trans- porteur de façon à former une suspension de ce combustible dans ce gaz, au moyen d'un transporteur à vis équipé, à son
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extrémité de distribution, avec une sorte d'appareil de tri- turation ou de friction constitue par un rotor et un organe annulaire fixe coopérant avec ce rotor. Cet organe annulaire est fixé à l'enveloppe du transporteur à vis, tandis que le rotor est fixé au transporteur à vis lui-même à l'extrémité de distribution de celui-ci, ces deux éléments coopérant en- tre eux comme dans une sorte de mécanisme broyeur.
Un ajuta- ge annulaire disposé autour de la périphérie de cet organe annulaire fixe sert à émettre un courant de gaz, tel que de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène,courant qui non seulement capte le combustible solide finement divisé sur le pourtour de l'appareil de trituration, mais l'entraîne aussi en suspension, tout en le faisant circuler continuellement dans un sens qui est sensiblement parallèle à l'axe du trans- porteur à vis ; la suspension formée s'écoule ensuite dans un prolongement de l'enveloppe du transporteur, prolongement qui entoure l'appareil de trituration ; prolongement de l'enveloppe est également relié lui-même à une conduite abou- tissant à l'appareil de réaction dans lequel la suspension subit un nouveau traitement ou entre en réaction.
Sur le dessin annexé, qui fait partie intégrante de la présente description et qui représente, à titre d'exemple, un appareil et un procédé préférés pour la mise en pratique de l'invention, qui n'est toutefois pas limitée spécialement à l'exemple représenté : La fig. 1 est une vue en élévation longitudinale avec certai nes parties en coupe.
La fig. 2 est une vue en coupe suivant II-II de la fig. 1.
La fig. 3 est une vue en coupe d'une partie de la fig. 1, à une plus grande échelle.
En se reportant maintenant au dessin, le combusti- ble solide finement divisé, ou une matière analogue, qu'il
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s'agit de mettre en suspension dans un agent gazeux, tombe par son propre poids à partir d'un réservoir (non représen- té) dans une trémie collectrice 1 divisée dans sa partie in- férieure par des cloisons appropriées en trois compartiments 3 munis chacun d'un tiroir coulissant individuel 2 qui règle la descente du combustible solide finement divisé dans le compartiment correspondant. Chaque compartiment l est muni de son propre transporteur à vis 4, qui transporte le com- bustible solide finement divisé dans un dispositif mélangeur monté à l'extrémité extérieure de chaque transporteur à vis.
Chaque transporteur à vis est disposé de façon à pouvoir ê- tre entraîné individuellement.
Le dispositif mélangeur monté à l'extrémité de cha- que transporteur à vis comprend un appareil de trituration constitué lui-même par un rotor ± et un anneau fixe 6, ces deux éléments coopérant entre eux pour briser les aggloméra- tions de combustible solide finement divisé qui se sont for- mées pendant le passage à travers l'enveloppe du transpor- teur à vis. Le rotor ± est fait quelque peu en forme de poi- re et dans sa partie la plus large sa section transversale est plus grande que celle du transporteur à vis 4 à l'extré- mité extérieure duquel il est fixé et avec lequel il tourne intégralement; l'anneau fixe 6 est porté par l'enveloppe 10 du transporteur à vis et fixé sur cette enveloppe.
Les deux éléments ± et 6, le rotor et l'anneau, portent, sur leurs surfaces adjacentes, des nervures hélicoïdales saillantes semblables désignées par 2 et], respectivement, comme le montre clairement la fig. 1. Les nervures hélicoïdales de l'un de ces éléments tournent à droite, tandis que celles de l'autre élément tournent à gauche, de sorte que la rota- tion de l'un des éléments par rapport à l'autre entraîne la matière finement divisée qui passe entre ces éléments vers
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la périphérie de ceux-ci de la façon connue dans la pratique de la mouture.
Ainsi qu'on l'a dit plus haut, l'appareil de tritu- ration du dispositif mélangeur a pour but de redisperser ou de briser les agglomérations de matière finement divisée qui ont pu se produire au cours du passage de cette matière dans le transporteur à vis, avant que la matière ne vienne en con- tact avec le courant de gaz transporteur dans lequel il s'a- git de la mettre en suspension. Cette suppression des gru- meaux compacts ou agglomérats est effectuée, de préférence, sans autre réduction de la grosseur de grain de la matière finement divisée telle qu'un combustible solide.
La périphérie extérieure de l'anneau fixe 6 forme, en combinaison avec l'élément 7 qui constitue l'enveloppe du dispositif mélangeur, comme le montre clairement notamment la fig. 3, un orifice annulaire 10 dont la section transver- sale libre ou le jeu dépend du diamètre extérieur de l'an- neau 6 utilisé. Cet orifice annulaire 10 est une autre ca- ractéristique du dispositif mélangeur et il communique avec la conduite 11 par laquelle l'agent gazeux utilisé est amené sous pression à cet orifice, en passant par une soupape de réglage (non représentée).
Le fonctionnement de l'appareil qui fait l'objet de l'invention est le suivant : On conçoit, en se réf érant à la fig. 3, que la matière solide finement divisée qui est transportée par la rotation du transporteur à vis 4 est ame- née à l'appareil de trituration décrit plus haut et dans le- quel elle est finement dispersée, de préférence sans aucune réduction supplémentaire de la grosseur de grain, par son passage entre les nervires courbées hélicodalement 8,9 des éléments 6, 5, respectivement, Au moment où.
elle est dé- versée dans l'orifice annulaire 10, la matière solide fine-
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ment divisée et dispersée est captée et entraînée par le cou- rant d'agent gazeux utilisé qui est délivré sous pression dans l'orifice annulaire à partir de la conduite 11, cet a- gent gazeux sortant de cet orifice sensiblement parallèle- ment à l'axe du transporteur à vis ; obtient ainsi une suspension pratiquement homogène de matière solide finement divisée dans l'agent gazeux, suspension qui s'écoule dans l'espace intermédiaire allant en s'élargissant entre le ro- tor 5 et l'enveloppe 7.
Dans le mode préféré de réalisation la forme de l'appareil de trituration est telle que l'agent gazeux déversé par l'orifice annulaire 10 crée un effet d'in- jecteur grâce auquel le passage de la matière finement divi- sée dans l'appareil de trituration est facilité lorsque la matière déversée est captée et entraînée par le courant ga- zeux. A cet effet, comme le montre clairement la fige 3, les surfaces de travail de l'appareil de trituration sont coni- ques, de façon à rencontrer l'orifice annulaire 10 sous un angle aigu (désigné par Y dans le dessin).
L'intérieur de l'enveloppe 7 du dispositif mélan- geur est conique à partir de l'orifice annulaire 10 vers l'orifice de sortie du dispositif en avant de la soupape de réglage 13 de l'écoulement de la suspension formée à tra- vers le tuyau de distribution 12 qui la conduit à un trai- tement ultérieur. Pour éviter, dans l'enveloppe 7, tout es- pace mort dans lequel la suspension formée pourrait se dé- poser, le rotor 5¯ présente, à son extrémité extérieure, un prolongement 14 en forme de poire et tel que la surface li- bre entre ce prolongement 14 et l'enveloppe 7 soit sensible- ment égal, sur une section transversale quelconque, au dia- mètre de cette enveloppe à l'extrémité rétrécie de celle-ci.
Le transporteur à vis 4 est monté de façon à tour- ner librement dans son enveloppe cylindrique 12; à cet effet
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sa partie 15, qui ne porte aucun pas de vis, a une forme sem- blable à celle d'un arbre supporté à son extrémité extérieu- re et à son extrémité intérieure par des paliers 16, 17 res- pectivement ; le palier 16 sert à supporter toute poussée axis le provenant du fonctionnement du transporteur à vis et on peut en régler la position de l'extérieur de l'appareil. Grâ- ce à cette disposition on n'a besoin d'aucun palier ni d'au- cun presse-étoupe ni à l'extrémité de distribution du trans- porteur à vis ni près de l'organe de trituration 2 mentionné plus haut et logé à son extrémité de sortie.
Cette construc- tion a un avantage spécial lorsqu'une matière combustible fi- nement divisée est mélangée avec de l'oxygène pur ou avec de l'air fortement enrichi en oxygène.
Les paliers 16, 17 de chaque transporteur à vis 4 sont montés dans un support individuel correspondant en for- me d'enveloppe 18, sur lequel l'enveloppe cylindrique 19 du transporteur à vis est fixée au moyen de brides. Le support d'enveloppe 18 supporte également un dispositif d'accouple- ment ou embrayage 20, ainsi que le palier d'une roue dentée conique 21 entraînée au moyen d'un arbre d'entraînement 22 à partir de toute source de force motrice appropriée et, par exemple, par un moteur à vitesse variable, Erâce à cette cons truction, lorsque trois transporteurs à vis, par exemple, sont disposés très près les uns des autres et distribuent la matière à partir d'une seule trémie 1, comme le montre la fig.
2, et lorsqu'un dispositif d'entraînement commun est employé pour ces transporteurs, il est possible de dégager l'un quelconque des trois transporteurs à vis et de le dé- monter sans gêner le fonctionnement des autres transporteurs à vis. Pour obtenir ce résultat, on ferme, par exemple, le tiroir 2 du transporteur à vis en question, puis on dégage le support d'enveloppe 18 et le corps 23 de l'appareil,ainsi
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que le raccord entre l'enveloppe 1 de l'appareil de mélange et le cylindre 19 du transporteur à vis. Ensuite, on peut re- tirer de l'appareil le support d'enveloppe 18 et le transpor- teur à vis monté à l'intérieur. En même temps, on dégage la liaison entre la roue dentée conique 21 et l'arbre d'entraî- nement 22, ainsi que la roue conique qui y est fixée.
Cela fait, on peut supprimer la liaison entre l'enveloppe cylin- drique 19 et le support d'enveloppe 18 en enlevant les bou- lons qui les assemblent et qui sont représentés dans la fig.
1, après quoi, en enlevant le palier 16, on peut retirer du support d'enveloppe 18, le transporteur à vis conjugué, ainsi que sa partie en forme d'arbre.
Pour faciliter le mouvement libre de la matière fi- nement divisée pendant la descente de cette matière dans la trémie!, des plaques poreuses en matière céramique 24 sont montées sur les parois de cette trémie et un gaz inerte ap- proprié est insufflé à travers ces plaques, de façon à main- tenir le contenu de la trémie dans un état d'agitation ou de désagrégation grâce auquel toute possibilité de formation de ponts de matière dans la trémie est évitée.
Pour dissiper la chaleur de frottement qui peut se développer à l'intérieur de l'enveloppe 7, il est avantageux que la surface extérieure de cette enveloppe porte des nervu- res 25 ou d'autres organes de refroidissement appropriés.
Le terme oxygène utilisé dans la présente descrip- tion sert à désigner non seulement l'oxygène pur, ou de l'ain enrichi en oxygène, ou même de l'air lui-même, mais aussi d'autres agents gazeux capables ou non de réagir sur la ma- tière solide finement divisée avec laquelle il s'agit de les mélanger.
L'appareil décrit ci-dessus ,est particulièrement utile pour préparer des suspensions homogènes dans des flui-
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des gazeux avec des matières carbonées finement divisées telles que le charbon, le lignite, la tourbe, etc..., ainsi qu'a vec des matières non carbonées telles que, par exemple, du soufre finement divisé.
L'invention décrite ci-dessus est appliquée sous une forme particulière et d'une façon particulière, mais elle peut l'être aussi de différentes autres façons sans qu'on sorte pour cela de son domaine.
REVENDICATIONS
1 - Appareil pour la préparation d'un mélange d'oxygène et d'une substance combustible solide finement divisée, la substance combustible étant introduite dans le courant d'oxygène au moyen d'une vis sans fin de transport, caractérisé par le fait que la vis sans fin porte à l'extrémité le rotor d'un dispositif à friction, exécuté à la façon d'un groupe de mouture, composé d'une partie annulaire fixe et d'un organe tournant, et que sur le pourtour de la pièce annulaire fixe du dispositif à friction, est réalisé un ajutage annulaire pour le courant d'oxygène, cet ajutage recueil lant et entraînant la substance combustible qui sort sur le pourtour du dispositif à friction.