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La présente invention est relative à la gazéification de combus- tibles finement divisés et en suspension, avec de l'oxygène et éventuelle- ment avec des agents de gazéification réagissant de façon endothermique, par insufflation d'un mélange homogène de combustible et d'oxygène dans une chambre de réaction portée à température élevée, et gazéification dans cet- te chambre avec formation d'un gaz riche en hydrogène et oxyde de carbone.
La présente invention est relative en particulier à un dispositif avec lequel on peut assurer la préparation de la suspension de combustible dans l'oxygène en vue ce la gazéification, et cela d'une manière particuliè- rement efficaceo
Dans le brevet allemand n 8460432 du 26 Février 1942 est décrit un gazogène pour ce qu'on appelle la gazéification en suspension dans l'oxy- gène, dans lequel le combustible pulvérulent vient, depuis l'extérieur, au contact de l'oxygène à la suite du passage dans une vis sans fin de trans- port lors de la pénétration dans un tube de transport,
à la suite de quoi ce combustible est conduit par l'oxygène sur une distance relativement lon- gue jusqu'à ce qu'on appelle les têtes de gazéification dans lesquelles s'effectue la réaction du combustible avec l'oxygénée Bien que le dispo- sitif connu résolve en soi, ainsi que les applications pratiques l'ont mon- tré, le problème du transport d'un mélange formé d'une poussière de combus- tible et d'oxygène à forte concentration, ce dispositif est tout de même encore susceptible d'amélioration dans une certaine mesure. Normalement, il n'est pas possible, pratiquement, d'exécuter sans des coudes le long chemin de transport pour la suspension entre l'emplacement proprement dit de mélange et la chambre de gazéification.
Or, dans les coudes il se pro- duit nécessairement un frottement plus intense entre les particules de com- bustible et les parois intérieures des tubes, de sorte que les tubes sont usés par frottement à l'intérieur de façon relativement intense et irrégu- lièreo Il s'y ajoute encore que le transport d'une suspension de poussière de combustible et d'oxygène fortement concentrée n'est possible, à travers un tube relativement long,
sans difficultés d'exploitation que dans la me- sure où il ne se produit pas ou bien il n existe pas dans le tube de trans- port des endroits où la concentration du combustible est plus forteo C'est en particulier toujours lorsque des particules de combustible se fixent en quantités appréciables sur les parois et ne participent alors plus au mouvement général qu'il se produit déjà dans le tube de transport une réac- tion entre l'oxygène et la poussière de combustible.
Une telle fixation du combustible sur les parois intérieures du tube de transport peut se pro- duire éventuellement lorsque, par suite d'un défaut d'attention du person- nel de conduite; la température de 1 oxygène qui est normalement saturé de vapeur d'eau n'est pas suffisamment élevée, en sorte qu'il peut se produi- re une condensation partielle de la vapeur d'eau sur le chemin de transport.
Aux endroits humides du tube de transport, une partie du combustible pulvé- risé se colle contre ce tube, et alors il a une plus grande tendance à réa- gir avec l'oxygène alors qu'il est encore à l'intérieur du tube.
Une autre difficulté qui résulte des tubes de transport relative- ment longs consiste en ce qu'il faut adopter une pression relativement éle- vée pour l'oxygène lors de l'introduction dans le dispositif mélangeur, de manière à avoir dans la tête de gazéification une vitesse d'écoulement en- core suffisamment élevée pour la suspension, et pour surmonter la perte de' charge dans le tube de transport.
Ainsi que cela a déjà été exposé ci-dessus, le dispositif connu est parfaitement en mesure d'assurer un guidage sûr sur une longue distan- ce-, du mélange composé de combustible pulvérisé et d'oxygène fortement con- centré. Il est vrai que le personnel de conduite et les dispositifs auto-
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matiques de surveillance doivent alors remplir certaines conditions.
La présente invention a pour but de supprimer les imperfections précitées du dispositif connuo
D'après la présente invention, le dispositif de gazéification des combustibles finement divisés et en suspension dans l'oxygène est exé- cuté de telle sorte que le combustible soit transporté au moyen d'une vis sans fin de transport,disposée au voisinage immédiat de la chambre de ga- zéification, dans une enceinte de compression qui se termine par une fen- te annulaire, tandis que l'oxygène est conduit à travers l'arbre creux de la vis sans fin de transport jusqu'au bord intérieur de la fente annulaire à une vitesse telle que le bouchon de fermeture formé par le combustible dans la fente annulaire soit enlevé par érosion continue par l'intérieur,
et qu'entre la fente annulaire et la chambre de gazéification il soit pré- vu un trajet de mélange relativement court dans lequel s'achève l'homogé- néisation de la suspension du combustible dans 1'oxygène.
Si on exécute le dispositif de gazéification selon l'invention, on supprime les imperfections précitées du dispositif de gazéification connuo Le transport de la suspension du combustible dans l'oxygène ne se fait plus désormais que sur un trajet relativement court sur lequel, de plus, il n'y a pas de coudes, de sorte qu'il se produit déjà de ce seul fait une usure considérablement moindre de la matière de la paroi du trajet de mélangeo Il s'ajoute à cela que, par suite des dimensions relativement faibles de ce trajet de mélange, on peut exécuter ce dernier en un acier résistant à l'usure, ce qui a pour effet qu'on obtient pratiquement un tu- be capable de durer indéfiniment.
Le risque d'une condensation de la va- peur d'eau à partir de l'oxygène saturé n'existe plus dans ce court trajet de mélange, parce que la température des parois de ce trajet peut facile- ment être maintenue au-dessus de la température de saturation de l'oxygène laquelle, normalement, n'est pas supérieure à 50 , en particulier lorsque, conformément à une autre caractéristique de la présente invention, les pa, rois du trajet de mélange sont exécutées sous la forme d'une double paroi à refroidissement par eau et si on fait le nécessaire pour ne pas laisser la température de la paroi descendre au-dessous de 50 environ.
Par ce moyen, on supprime pratiquement de façon complète le risque des retours d'allumage L'amenée de l'oxygène à travers l'arbre creux de la vis sans fin peut se faire, si on donne des dimensions correspondantes à l'arbre ou à la cavité, de telle sorte que sur le trajet compris entre le compres- seur à oxygène et la fente annulaire, il ne se produise qu'une perte de pression négligeable de l'oxygène. Il est en même temps possible, suivant l'exécution de l'arbre de la vis sans fin, de se contenter éventuellement d'une pression moitié moindre de celle qu'on utilisait jusqu'à présent pour l'oxygène. Pour le calcul des dimensions et pour le fonctionnement du com- presseur à oxygène, ce fait est d'une importance essentielles
Quand on utilise le dispositif selon l'invention, on constate que,
par un fait surprenant, il se produit un autre effet avantageux inattendu de prime aborda En effet, si on souffle, comme cela était en usage jusqu'à présent, une suspension de combustible dans l'oxygène qui a déjà parcouru une portion relativement longue d'une conduite de transport, il s'établit dans la chambre de gazéification une flamme relativement longue qui est plus foncée au centre que sur les bords et qui comporte tout à fait à l'ex- térieur une enveloppe très lumineuse. Il se produit de toute évidence dans la région de cette enveloppe lumineuse, en dehors de la combustion du combustible avec l'oxygène, également une combustion d'une partie du gaz utile, déjà produit, avec l'oxygène.
Les réactions entre le combusti- ble pulvérisé et l'oxygène ne sont donc pas distribuées de toute évidence
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de façon uniforme sur la section de la flamme. Mais si on exécute le dis- positif de soufflage de la suspension selon l'invention, il se produit dans la chambre de réaction une flamme courte en panache qui ne présente pas les bords lumineux précités et dont le centre est aussi lumineux que les parties du borde Il semble donc que dans ce cas on soit en présence d'une distribution relativement régulière des réactions désirées sur toute la section de la flammeo En outre, la flamme plus courte détermine une plus forte concentration de la chaleur,
ce qui a de l'importance pour la forma- tion d'une quantité aussi grande que possible d'oxyde de carbone et d'une quantité aussi faible que possible de dioxyde de carbone. Ce phénomène doit s'expliquer par le fait que le dispositif de soufflage selon l'inven- tion conduit, en moyenne, à une suspension plus régulière, mais qu'en même temps il règne au centre de la flamme une concentration d'oxygène un peu plus grande que dans les parties du bord, de sorte qu'il ne reste pas d'oxy- gène disponible pour la combustion, non désirée, du gaz utile produite On a également pu constater que lorsqu'on utilise le dispositif selon l'inven- tion, l'allumage à coeur du mélange insufflé se fait plus facilement et de façon plus sûreo
Selon une autre caractéristique de 1 invention,
il est avantageux de rendre réglable la section libre de la fente annulaire, par exemple en disposant la vis sans fin de transport de façon qu'elle soit mobile par translation dans le sens longitudinale
Il est avantageux en outre d'introduire les agents de gazéifica- tion à réaction endothermique, par exemple la vapeur d'eau réchauffée au préalable, dans 1 enceinte de réaction de telle sorte qu'ils protègent com- me un écran le gaz utile, déjà formé dans cette enceinte,
contre la réac- tion avec l'oxygène. On obtient ce résultat de façon avantageuse en exécu= tant la buse d'insufflation de la vapeur d'eau également en lui donnant une forme annulaire et en communiquant à la vapeur d'eau un sens de circu= lation tel qu'elle enveloppe la flamme centraleo
Sur le dessin est représentée de façon schématique une forme d'exé- cution du dispositif selon l'invention.
Sur ce dessin, 10 désigne la chambre ou enceinte de réaction qui est entourée de parois réfractaires 12. Contre cette chambre de réaction est placé un dispositif de soufflage 14 qui peut, d'une manière avantageu- se, être monté contre ladite chambre et retiré de celle-ci sous la forme d'un ensemble uniqueo Le dispositif de soufflage se compose d'une vis sans fin de transport 16 qui comporte un arbre creux 18 à travers lequel on fait arriver l'oxygénée L'arbre creux de la vis sans fin se termine en direction de la chambre de réaction par une partie conique 20 qui forme en combinai- son avec la paroi 22, également terminée en cône -cet endroit, du boîtier de la vis sans fin une fente annulaire 24.
On règle la vitesse de trans- port de la vis sans fin 16 et la section libre de la fente annulaire 24 1 une par rapport à l'autre de telle sorte que, dans la fente annulaire, il se produise une certaine compression du combustible qui empêche le pas- sage en sens rétrograde de l'oxygène, mais on limite en même temps la com- pression de telle sorte que par l'oxygène qui s écoule vers 1 avant à tra- vers l'arbre creux de la vis sans fin, il puisse se produire une usure con- tinue du bouchon formé de combustible comprimé sur le bord intérieur 26 de la fente annulaireo Après formation du mélange,
le mélange de combus= tible et d'oxygène parvient dans le trajet de mélange 28 dans lequel il se produit encore une certaine amélioration de l'homogénéité de la suspension; mais en même temps il règne au voisinage de l'axe du trajet de mélange une concentration d'oxygène un peu plus grande que vers le bordo La sus- pension pénètre finalement dans la chambre de réaction 10, elle y est allu-
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mée par suite de la température élevée qui y règne et elle y forme une cour- te flamme 30 en panache,
qui n'est toutefois pas représentée dans toute sa longueur sur le dessine Les parois du trajet de mélange 28 sont formées par une chemise 32 refroidie par l'eau. L'eau pénètre dans cette chemise par la conduite 34 et l'abandonne par la conduite 36. Le côté du disposi- tif de soufflage qui est tourné vers 1 enceinte de gazéification est éga- lement constitué avantageusement d'une chemise 38 refroidie par 1 eau dans laquelle on fait arriver 1 eau par la conduite 40 et d'ou l'eau s écoule par la conduite 42.
Les chemises de refroidissement 32 et 38 sont exécutées sur les surfaces limites tournées 1 une vers l'autre de telle sorte qu'el- les forment une buse annulaire 44 à travers laquelle on insuffle la vapeur d'eau dans la chambre de réactiono L'inclinaison de la buse 44 par rapport à l'axe médian du dispositif de soufflage est calculée de façon que la va- peur d'eau entoure la flamme 30 d'une gaine fermée et empêche de cette fa- çon dans tous les cas une réaction entre l'oxygène et le gaz produit, dans la mesure où elle est seulement possible.
Le dispositif selon 1 invention convient d'une manière particu- lièrement avantageuse, en premier lieu, pour le soufflage d'un combustible pulvérulent avec de l'oxygène par exemple très concentrée Il convient cependant aussi au soufflage d'autres produits pulvérulents au moyen d'un gaz, par exemple pour enlever d'un cyclone, sans perdre de gaz utile, de la poussière chaude qui se produit lors de la gazéification d'un combusti- ble pulvérulent sur le fond d'un cyclone monté à la suiteo Dans ce cas, on peut par exemple prévoir sur le fond d'un tel cyclone à poussière chau- de un dispositif de soufflage exécuté selon l'invention en utilisant comme agent de soufflage naturellement non pas de l'oxygène, mais un gaz inerte,' comme par exemple du gaz carbonique,
de la vapeur d'eau ou de l'azote,
REVENDICATIONS.,
1.- Dispositif de gazéification de combustibles finement divisés en suspension avec de l'oxygène et éventuellement avec des agents de gazéi- fication à réaction endothermique, avec soufflage d'un mélange de combusti- ble et d'oxygène dans une chambre de réaction portée à une température éle- vée et gazéification, dans cette chambre, avec formation d'un gaz riche en hydrogène et en oxyde de carbone, caractérisé par le fait que le combus- tible est transporté à 1 aide d'une vis sans fin de transport, disposée à proximité immédiate de la chambre de gazéification, dans une chambre de compression se terminant par une fente annulaire,
et que l'oxygène est con- duit à travers l'arbre creux de la vis sans fin de transport sur le bord intérieur de la fente annulaire à une vitesse telle que le bouchon de ferme- ture en combustible qui se forme dans la fente annulaire soit constamment usé par 1 intérieur, et qu'entre la fente annulaire et la chambre de gazéi- fication il est prévu un trajet de mélange relativement court dans lequel l'homogénéisation de la suspension de combustible dans l'oxygène s'achève.
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The present invention relates to the gasification of finely divided fuels in suspension, with oxygen and optionally with endothermically reacting gasification agents, by blowing a homogeneous mixture of fuel and oxygen. in a reaction chamber brought to high temperature, and gasification in this chamber with the formation of a gas rich in hydrogen and carbon monoxide.
The present invention relates in particular to a device with which it is possible to ensure the preparation of the fuel suspension in oxygen with a view to gasification, and this in a particularly efficient manner.
German Patent No. 8460432 of February 26, 1942 describes a gasifier for what is called gasification in suspension in oxygen, in which the pulverulent fuel comes into contact with oxygen from the outside. following passage through a conveying auger when entering a conveying tube,
as a result of which this fuel is carried by the oxygen over a relatively long distance until the so-called gasification heads in which the reaction of the fuel with the oxygenated product takes place. This known device resolves in itself, as practical applications have shown, the problem of transporting a mixture formed from fuel dust and oxygen at high concentration, this device is still subject to improvement to some extent. Normally, it is not practically possible to run the long transport path for the suspension between the actual mixing location and the gasification chamber without elbows.
However, in the elbows there is necessarily a more intense friction between the fuel particles and the inner walls of the tubes, so that the tubes are worn by friction inside in a relatively intense and irregular manner. It is also added that the transport of a suspension of fuel dust and highly concentrated oxygen is not possible, through a relatively long tube,
without operating difficulties unless there are no places or there are no places in the transport tube where the fuel concentration is higher o It is in particular always when particles of The fuel attaches itself in appreciable quantities to the walls and no longer participates in the general movement as there is already a reaction between the oxygen and the fuel dust in the transport tube.
Such an attachment of the fuel to the interior walls of the transport tube may possibly occur when, owing to a lack of attention by the driving personnel; the temperature of the oxygen which is normally saturated with water vapor is not sufficiently high, so that partial condensation of the water vapor can occur on the transport path.
In the humid places of the transport tube, some of the pulverized fuel sticks against this tube, and then it has a greater tendency to react with the oxygen while it is still inside the tube.
Another difficulty which results from relatively long transport tubes is that it is necessary to adopt a relatively high pressure for the oxygen during the introduction into the mixing device, so as to have in the gasification head a still high enough flow velocity for the suspension, and to overcome the pressure drop in the transport tube.
As has already been explained above, the known device is perfectly capable of ensuring reliable guidance over a long distance of the mixture composed of pulverized fuel and highly concentrated oxygen. It is true that the driving staff and the automatic devices
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surveillance systems must then meet certain conditions.
The object of the present invention is to eliminate the aforementioned imperfections of the known device.
According to the present invention, the device for gasifying finely divided fuels suspended in oxygen is carried out in such a way that the fuel is transported by means of a conveying screw disposed in the immediate vicinity of. the gasification chamber, in a compression chamber which ends in an annular slot, while the oxygen is conducted through the hollow shaft of the conveying worm to the inner edge of the slot annular at a speed such that the closure plug formed by the fuel in the annular slot is removed by continuous erosion from the inside,
and that between the annular slit and the gasification chamber there is provided a relatively short mixing path in which homogenization of the fuel suspension in oxygen is completed.
If the gasification device according to the invention is carried out, the aforementioned imperfections of the known gasification device are eliminated. The transport of the fuel suspension in oxygen now only takes place over a relatively short path on which, moreover, there are no bends, so that by this alone there is already considerably less wear of the material of the wall of the mixing path o In addition, due to the relatively small dimensions of This mixing path can be made of a wear resistant steel, resulting in virtually a tube capable of lasting indefinitely.
The risk of condensation of water vapor from saturated oxygen no longer exists in this short mixing path, because the wall temperature of this path can easily be kept above. of the oxygen saturation temperature which normally is not more than 50, particularly when, in accordance with another feature of the present invention, the parts of the mixing path are performed as a a double wall with water cooling and if you take the necessary steps not to let the temperature of the wall drop below approximately 50.
By this means, the risk of ignition returns is practically completely eliminated. The supply of oxygen through the hollow shaft of the worm screw can take place, if the shaft is given corresponding dimensions or to the cavity, so that in the path between the oxygen compressor and the annular gap, only negligible loss of pressure of the oxygen occurs. At the same time, depending on the design of the worm shaft, it is possible to be satisfied with a pressure that is only half that which has been used until now for oxygen. For the calculation of the dimensions and for the operation of the oxygen compressor, this fact is of essential importance.
When the device according to the invention is used, it is observed that,
surprisingly, there is another advantageous effect unexpected at first. Indeed, if one blows, as was in use until now, a suspension of fuel in oxygen which has already traveled a relatively long portion of In a transport line, a relatively long flame is established in the gasification chamber which is darker in the center than at the edges and which has a very luminous envelope on the outside. There is obviously in the region of this luminous envelope, apart from the combustion of the fuel with oxygen, also a combustion of part of the useful gas, already produced, with oxygen.
The reactions between the pulverized fuel and oxygen are therefore obviously not distributed.
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uniformly over the flame section. However, if the suspension blowing device according to the invention is carried out, a short plume of flame is produced in the reaction chamber which does not have the aforementioned luminous edges and whose center is as luminous as the parts of the flame. borde It therefore seems that in this case we are in the presence of a relatively regular distribution of the desired reactions over the entire cross section of the flame o In addition, the shorter flame determines a higher concentration of heat,
which is important for the formation of as much carbon monoxide as possible and as little carbon dioxide as possible. This phenomenon must be explained by the fact that the blowing device according to the invention leads, on average, to a more regular suspension, but that at the same time there reigns in the center of the flame a concentration of oxygen un slightly larger than in the edge parts, so that no oxygen remains available for the unwanted combustion of the useful gas produced. It has also been found that when using the device according to Invention, the central ignition of the blown mixture is done more easily and more safely.
According to another characteristic of the invention,
it is advantageous to make the free section of the annular slot adjustable, for example by arranging the transport worm so that it is movable by translation in the longitudinal direction
It is also advantageous to introduce the endothermically reacting gasifying agents, for example preheated water vapor, into the reaction chamber so that they protect the useful gas as a screen, already formed in this enclosure,
against reaction with oxygen. This result is advantageously obtained by making the nozzle for insufflating the water vapor also by giving it an annular shape and by imparting to the water vapor a direction of circulation such that it envelops the water vapor. central flame
In the drawing is shown schematically an embodiment of the device according to the invention.
In this drawing, 10 denotes the reaction chamber or enclosure which is surrounded by refractory walls 12. Against this reaction chamber is placed a blowing device 14 which can advantageously be mounted against said chamber and withdrawn. of the latter in the form of a single assembly o The blowing device consists of a conveying worm 16 which comprises a hollow shaft 18 through which the oxygen is made to arrive The hollow shaft of the worm end in the direction of the reaction chamber by a conical part 20 which forms in combination with the wall 22, also terminated in a cone -this place, of the worm housing an annular slot 24.
The conveying speed of the worm 16 and the free section of the annular slot 24 1 are adjusted with respect to each other so that in the annular slot a certain compression of the fuel takes place which takes place. prevents the retrograde passage of oxygen, but at the same time the compression is limited so that by the oxygen which flows forward through the hollow shaft of the worm , there may be continuous wear of the plug formed of compressed fuel on the inner edge 26 of the annular slot. o After formation of the mixture,
the mixture of fuel and oxygen reaches the mixing path 28 in which there is still some improvement in the homogeneity of the suspension; but at the same time in the vicinity of the axis of the mixing path there is a somewhat greater concentration of oxygen than towards the bordo. The suspension finally enters the reaction chamber 10, it is alluded there.
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emitted as a result of the high temperature which reigns there and it forms a short flame 30 in plume,
which, however, is not shown in its entire length in the drawing. The walls of the mixing path 28 are formed by a jacket 32 cooled by water. The water enters this jacket through line 34 and leaves it through line 36. The side of the blowing device which is turned towards 1 gasification chamber is also advantageously constituted by a jacket 38 cooled by 1. water into which water is made to arrive through line 40 and from which the water flows through line 42.
The cooling jackets 32 and 38 are made on the boundary surfaces facing each other so that they form an annular nozzle 44 through which water vapor is blown into the reaction chamber. the inclination of the nozzle 44 with respect to the central axis of the blowing device is calculated in such a way that the water vapor surrounds the flame 30 with a closed sheath and thereby prevents a reaction in all cases. between the oxygen and the gas produced, insofar as it is only possible.
The device according to the invention is particularly advantageous, firstly, for the blowing of pulverulent fuel with oxygen, for example very concentrated. However, it is also suitable for the blowing of other pulverulent products by means of oxygen. 'a gas, for example for removing from a cyclone, without losing useful gas, the hot dust which occurs during the gasification of a pulverulent fuel on the bottom of a cyclone subsequently mounted. In this case, it is for example possible to provide on the bottom of such a hot-dust cyclone a blowing device executed according to the invention using as blowing agent naturally not oxygen, but an inert gas, such as for example carbon dioxide,
water vapor or nitrogen,
CLAIMS.,
1.- Device for the gasification of finely divided fuels in suspension with oxygen and possibly with endothermic reaction gasification agents, with blowing of a mixture of fuel and oxygen into a heated reaction chamber at a high temperature and gasification, in this chamber, with formation of a gas rich in hydrogen and carbon monoxide, characterized in that the fuel is transported by means of a conveying screw , arranged in the immediate vicinity of the gasification chamber, in a compression chamber terminating in an annular slot,
and that the oxygen is conducted through the hollow shaft of the conveying auger to the inner edge of the annular slot at a speed such that the fuel closure plug which forms in the annular slot is constantly worn from the inside, and that between the annular gap and the gasification chamber there is provided a relatively short mixing path in which homogenization of the fuel suspension in oxygen is completed.