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"Dispositif pour la combustion de gaz contenant du méthane en faible concentration (atmosphères des mines).
On sait que les mélanges d'air et de méthane, ayant une teneur en méthane d'environ 1 % et moins- s'oxydent
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avec un. dégagement de chaleur, I.oraqu.' :tl,s sont chauffée à une température d'environ1000 C. Comme on le saiton a essayé, dansdes dispositifs d'essai, de faire brûler le
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méthane dans un régénérateur pouvant être. inversé et eoppor- méthane u,n - *' . :versé compor- tant deux colonnes d' accnvlatioxç de. même çrx.runz chambre 1;; .''' .*' -"......../...... 1"\:: r:I'4'r d)- oxyda'Mon :interc-8I;.ée et de l'exploite)*,50" actionner un dispositif à turbine à gaz.
Ces dispositifs semblent n' avoir
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acquis aucune iwortane pratique Etitoutt cas, dans ce système connu, le fonctionnement intermittent du régénérateur dû à l'inversion,nécessaire des grandes quantités de gaz e
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d'air parcourant alternativement les colonnes d'accumula- tion dans des directions différentes et suivant des inter- valles de temps déterminés, constitue un inconvénient.
Suivant la présente invention, on obtient un dispositif beaucoup plus avantageux pour la combustion des mélanges de gaz et d'air à faible teneur/en faisant passer les quantités de gaz à brûler en contre-courant à travers la masses à écoulement continu. d'un régénérateur à masses d'accumulation. Dans ce cas, après avoir amorce l'oxydation au moyen d'un brûleur auxiliaire, on effectue la combustion du :
mélange de méthane et d'air dans une zone à température élevée (zone de combustion),, les particules de la masse étant chauffées derrière la zone de combustion au moyen du gaz chaud, tandis que les particules chaudes de la masse, préchauffent le mélange gazeux, avant la zone de combustion, à la température d'allumage.
La présente- invention ainsi que d'autres dé- tails et aspects seront décrits plus ample.ment ci-après, en se référant aux dessins en annexe. La figure 1 repré- sente, en principe, un dispositif de combustion suivant la présente invention. La figure la représente un diagram- me de température,. montrant le mode de fonctionnement. Les figures 2' et 3 représentent d'autres formes de réalisa- tion du système suivant. la figure 1, dans laquelle on utilise un préchauffage supplémentaire. Les figures 4 et 5 représentent- des dispositifs de combustion suivant la présente invention, dans lesquels le mélange gazeux est pré- chauffe' en cascade.
Dans la figure 6, on représente, à titre d'exemple, une forme de réalisation, dans. laquelle le gaz à brûler passe en courant, croisé à travers la zone de com- bustion. La. figure 7 représente une autre forme de réali-
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sation à plusieurs zones de combustion superposées dans un puits et parcourues, en courant croisé et alternativement dans dea directions différentes, par le mélange gazeux à brûler. Les figures 8, Sa, 8b se rapportent à une disposition analogue, mais dans laquelle plusieurs zones
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de préchauffage précèdent une zone ce =mbusz:Lon principale.
Dans la figure. 9, on représente d'une manière, plus détail- lée et au. moyen d'un diagramme, le mode de fonctionnement du système suivant la figure 8. Enfin, la figure 10 re- présente schématiquement la transformation du système sui- vant la figure 8 en un système. rotatif.
Le principe du dispositif suivant la présente invention sera détailla d'après la figure 1. c désigne un systèmede canaux, dans lequel on amené le mélange d' air et de méthane en d. A l'intérieur du récipient c, se trou- ve un compartiment de masse d'accumulation a,, par lequel on peut faire passer le mélange d'air et de méthane péné- trant dans :Le récipient en. d. A cet effet, le compartiment de masse d'accumulation a est terne du compartiment in- térieur du récipient d'une manière appropriée par des pa- rois perméables aux gaz.
Le compartiment de masse d'accumu- lation a est incorporé, au moyen de la conduite de circu- lation b, dans un circuit fermé de masse d'accumulation, maintenu, en mouvement par le dispositif de circulation g (comme. indiqué par les flèches) . Comme masse d'accumulation, on peut, par exemple, employer du sable de quartz, du sable d'acier ou autres matières métalliques ou céramiques à grains fins.
A l'intérieur de,la zone médiane du compar-
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timent de masse d* accumulation, on.'introduit, une conduite vi' ......("... de gaz d'allumage fy perm*Qpn± cL' introduire: un gaz brû- lant facilement et de le porter à la combustion au moyen-
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d'un dispositif d'allumage. De la sorte, il se forme une
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zone de combustion, en arovoouant; par 1 comb s+ oT du gaz auxiliaire lors de la mise en marche du dispositif, un allumage du mélange de méthane et d'air par échauffement local des particules de la masse d'accumulation à une tempé- rature supérieure à 1.0000 C.
Après le chauffage de la zone de combustion par le gaz d'allumage, Introduit par la conduite f et porta à la température d'allumage, le dispositif fonctionne en faisant passer le mélange d'air et de méthane par le bas à travers le compartiment de masse d' accumulation a ainsi que la masse d'accumulation s'écoulant en contre-courant de haut en bas. Dans ce cas, comme représente dans le diagramme la des dessins, à l'état stationnaire, c'est-à-dire, lors- que l'allumage par le gaz introduit par la conduite f est coupe, la répartition de la température de la masse d'accu-
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l811.at.ion. et du zèlange d'air et de gaz est réglée d'après la profondeur dtt aompartiraent. a de la Basse d t ac c umu.lgti cn.
Dana ce diagramme la, la couràa ta représente la tempé- rature- du mélange gazeux et la courbe tb, en pointillés, la température de la. masse d'accumulation. Suivant le systè- me représenté à la figure 1, le mélange froid de méthane et d'air, introduit par le bas, est chauffé progressivement
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par la masse dJ'aècmm1Iation chaude, sortant de la zone de éombuet1 ;', 'j1;1B' à ça que sa température dépasse, la li- Btitat de à peu près au. milieu du compartiment de la aaas& daccMsuIationL a. 1Cnsu1t.at,:La combustion du mélange . ''' ,. .;, .. , . i j ç ,r,tKf.. .'itey, a ,:1 .., r 1...r"'";;," 7' '.," ;,f é y jaZ$'. 0 ,Ili"â't,îatha se. produit en u, de. sorte qu'il (G$$/Fààµ]1$µ$µÉÉ :';f::':
. s.. raÉlù '. -;!:!--' P3iQdu!-t':un' Mc'oissament ,stfPmen.'aire at relativement .... 1 t"" }"J f -'1 , ...., t.(,.)I'.f ;.... 'j....!' .j ' '\',4-', of :T'r,\;:- ).: :t..,;.,:..: .,', ' ,:.;,;,ç,... ' , Éeqphature des ,y rasM-da. 1&.f, . a,' 'de.'ém., que: la température des 'ruty'.r',,:"*ß..f'Ht" x ",4*;r, ;,3^Y..^Y,,.., yy. <t".i,ni.,a y.i ,':'p',vY... a"-;"aâ r","8 .L4 '"x'Tifi d 888Ek',Ci'"aüLltiOZI. En :; t;('sà ü;;.. r,:",'" >:'tê d:'" (;l'''r:' s8EI!',d"'aCC;UJ1.ulat.ion. !:Il :.1."... rt.",1I. "-)><:;; '.. I.,i J43' ::.'" ,-1,., 'Ii-\1-flg[:r ",;t>.'1' çJ.;;t !ti"i.' i "w;d"-, ':5- .. ,r ,;y."'ç ., , .i.i-:}1à?ri' , .'iaf1l, e'Ër,='.'. Q: pr4aliauffarLt ou chauffant.
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les corps de la masse d'accumulation, l'air est à nouveau refroidi jusqu'à une température de sortie, supérieure à la température de la masse d'accumulation. A ce propos,, il est à supposer que l'on rencontre les mêmes capacités thermiques pour le gaz et la masse d'accumulation dans le dispositif et dans l'unité de. temps.
On constate que, dans le dispositif suivant la présente invention, grâce à l'emploi d'une masse d'accu- mulation à écoulement continu, on peut maintenir un écoule- ment continu du gaz et qu'après un amorçage temporaire de la combustion par un gaz d'allumage, on peut assurer une combustion continue du mélange gazeux, en préchauffant à la température d'allumage.
Le dispositif suivant la présente invention peut être modifié de différentes manières et être adapté aux conditions opératoires que l'on rencontre, Si, par exemple, pour le circuit d'un dispositif de turbine à gaz, on désire, chauffer le mélange de méthane et d'air à une tem- pérature supérieure, on peut faire passer la masse d'échan- ge de chaleur en circulation dans un montage en série, en vue du préchauffage, à travers un échangeur de chaleur, au lieu de la faire passer dans un circuit ferme, comme dans le cas de l'exemple de la. figure 1.
Dans les dispositifs de turbine à gaz, on utilise avantageusement les gaz résiduaires de la turbine pour le préchauffage de la masse d'accumulation dans l'échan- geur de chaleur.
Un système correspondant, est. représenté sché- matiquement à la-figura: 2. Dans cette figure, on désigne également par a, la compartiment de la masse d'accumulation dans sa zone de,combustion interne z, munie d'un dispositif de préchauffage f, on brûla le mélange de méthane et d' air. k- désigne un compresseur et v, un préchauffeur (échangea de chaleur). ,Le gaz chauffé dans. le compartiment a da la
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masse d'accumulation, sert de gaz de propulsion pour une turbine: t. Les gaz résiduaires, quittant la turbine t, parcourent le préchauffeur v des particules de la masse.
Le compartiment a de la masse d'accumulation et le pré.- chauffeur v sont montés en série par les conduites el et f2. En utilisant des dispositifs appropriés de circulation, on peut faire passer directement. la masse d'accumulation à travers le préchauffeur v en vue. du préchauffage par les gaz résiduaires de la turbine t, puis, lorsqu'elle a atteint une,certaine température de préchauffage tv, on l'introduit dans le compartiment a de la masse d'accu- mulation, où le mélange de méthane et d'air est brûlé dans la zone z.
Dans ce système, par suite du pre chauffage des particules da la masse, par lea gaz résiduaires de la turbine, la zone de combustion ou d'oxydation z est un peu déplacée du milieu du compartiment a vers une couche limite, supérieure tempérée.
La figure 3 représente un autre dispositif perfectionné en vue de la combustion d'un mélange d'air et de méthane et pour le chauffage à hautes temperatures.
Dans ce système, on prévoit encore un préchauffeur supplé- mentaire, également alimenté par un mélange de méthane et d'air et permettant, au moyen d'un préchauffage séparé des particules de la masse, de préchauffer, à une température supérieure et dans une certaine mesure en deux phases, la masse introduite dans la zone de combustion principale.
Dans la figure 3, c représente un système de canalisa- tion; dans son compartiment a de masse d'accumulation, on brûle le mélange d'air et de méthane venant du compres- seur k, comme décrit à propos de la figure 1, en amor- çant la combustion au moyen d'un gaz d'allumage. Dans ce
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cas, la masse d'accumulation venant du. préchauffeur vl
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est amenée au coapartiment d'accumulation a. Ra utilisant des dispositifs appropriés de circulation, la masse traverse ainsi en cycle le compartiment a de la masse, la conduite l10, le préchauffeur v1 et. la conduite-, l11.
Pour chauf-
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. s n6' .¯ . , . 'k f'p" " fer la masse se. trouvant dans le préchauffeur vl) on fait ;r .. n. < ¯ bzz brûler, dans un dispositif mzppi6mutairê, x et comme dé- brûler, àana Po sqppiébentairµ:/ comne crit à praposf'd.'Tâ fi Is une awéll"éuentit6 partielle du mélange d'air et deméthane. Dans ce cas,le dispositif
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supplemeKtairet ' xi sa compose également 6'qifl compartiment a1 de masse d'accumulation, dont l'intérieur comprend une zone de combustion z1, dans laquelle exactement comme décrit à propos; de la figure 1, on introduit un gaz d' al- lumage par un système correspondant f1 à conduites ou à tuyère en vue d'obtenir une température permettant la com- bustion duméthane.
Dans le système supplémentaire x, la masse d'accumulation parcourt un circuit ferma par la con- duite 1x. Le fonctionnement du système représenté à la figure 3 repose sur le fait que, directement dans le dis- positif supplémentaire de combustion x, une partie du mélange d'air et de méthane est brûlée à l'intérieur de la zone de combustion zl du compartiment a1 de la masse d'accumulation. Si le mélange d'air et de méthane pénètre dans le compartiment a1 de la masse d'accumulation ou dans la zone de combustion à environ 20 , cette quantité de gaz est chauffée, par exemple à environ 320 . La quanti- té chauffée de gaz traverse la masse d'accumulation du récipient de préchauffage vl.
C'est pourquoi, la masse d'accumulation préchauffée de la manière indiquée sort déjà de ce dernier à une température d'environ 300 , pour arri- ver dans le compartiment a de la masse d'accumulation, com- prenant la zone de combustion principale z, Par la com-
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bustion de la quantité de gaz venant du compresseur k et introduite dans le compartiment. a de la masse d'accumula- tion et la zone de combustion principale z, cette quantité de gaz est chauffée dans une proportion beaucoup plus forte que dans un simple grocéâé sans préchauffage supplémentaire
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des particules de la nase:.
Par exemple Ji)"': Aqt.lê 1¯ mQ1n.!! d''air et de méthane est introduit à 20 dans le comparti- ment a da la masse dJtacCUllil.U1.a:tion) on peut atteindre une température de départ d*environ 600 - 700", température qui est souhaitable, par exemple, pour les dispositifs à turbine à gaz.
On peut évidemment modifier les détails des systèmes: suivant. les figures 1 - 3. suivant les nécessités imposées en vue d'obtenir des rapports optima lors de la combustion ou: plutôt lors de l'échange de chaleur. Les figuras 4 et 5 représentent d'autres exemples de réali- sation concernant, des dispositifs convenant pour obtenir de grandes différences de température.
Suivant la présente invention, ces dispositifs se caractérisent, par le fait qu'au dispositif de combustion, utilise en vue d'obtenir des gaz de combustion ayant une température déterminée, on adapte,, en cascade, un certain nombre de groupes de préchauf- fage, actionnés en utilisant le même mélange gazeux,de fa-
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çon que Ia, masse d3lacc=ulation, chauffée par'la combustion dana une: phase de- préchàuffagà. et. sortant du récipient ou i' >i -, . ..±"1; --. ." . . A." compartimsn6 interdàé Ma 'su±te de la c'ha de combustion . szi-x';c,ue f 0=, eqpïo4a,pour-- r&chauffer 1-- mélange gazeux ::'<<t-f.4,.. ... -i}; > .jà/ , ....:. z-- '..1 1;; ",'.... "+< . d8àj,,Wé#àpoe da "µµééiùùÎf$g1 "àùivààtét G± -,enfTnt ,après "*â''': r.a" x'ç.l -ç'3"T rt9r°, ,.v,.s"', , .% '- , a3e'r.
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A cet effet, par unité de préchauffai, on adapte, avant ou- après la. chambre de combustion, un échan- geur de chaleur, 1' échangeur de chaleur servant au préchauf- fage des gaz pochât être. supprimé simplement dans la pre- mière phaae de préchauffage. On peut réaliser :Le circuit. de la masse d'accumulation de chaleur en employant un mon- tage en série, c'est-à-dire que la masse d'échange de cha- leur parcourt auccessivement tous les. échangeurs de. chaleur en série des phases de. préchauffage.
Au lieu de ce système, on peut toutefois: parfaïtement prévoir des circuits séparés pour la masse d'échange de chaleur, cette dernière passant chaque fois par :La préchauffeur des particules de la masse d'un étage de préchauffage et par le préchauffeur de gaz de l'étage suivant de. préchauffage.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, 1 représenta 1a dispositif principal de combustion, dans lequel une quantité: de gaz, introduite par la conduite 1f, par exemple un mélange d'air et de méthane, doit être chauf- fée à une température élevée en brûlant sa teneur en métha- ne, tout en passant, par exemple, par la conduite 12 d'une turbina à gaz (non. représentée).
L'étage de. combustion principale 1 est constituée par la chambre de combustion la, réalisée suivant la figure 1 avec un circuit fermé de Ia masse d'accumulation, de même que d'un préchauffeur de gaz 1b, dans lequel la quantité, de gaz est chauffée par la masse d'accumulation venant des étapes précédentes de préchauffage par la conduite 101. Pour le pré chauffage de la masse d'accumulation, il y a un groupe, par exemple, de trois unités de préchauffage, 2; 3 et 4.
Les unités de préchauffage 2 et 3 ae composent chacune d'une cham- bre de combustion 2a, 3a avec un circuit fermé de la masse d'accumulation suivant la figure 1, de même que àes
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préchauffeurs de gaz 2b, 3b et des préchauffeurs de particules de la masse2c, 3c. L'unité de préchauffage 4 se compose uniquement de la chambre de combustion 4a et du préchauffeur de particules de masse 4c. Dans les unités de préchauffais 2, 3 et 4, on introduit, par les con- duites 2f. 3f et 4f. le même mélange gazeux que celui utilisa dans le dispositif principal de combustion 1.
Tandis que, pour la combustion de la teneur en =éthane, on fait pasaer des courant+ gazeux parallèles à travers les unités de préchauffage 2, 3 et 4, la masse d'échange de chaleur traverse les échangeurs de chaleur (préchauffeur de gaz et dispositif de chauffage des particules de la mas- se) disposés en série comme représenté par les traits en pointillés. De la sorte, en obtient, le cycle suivant : préchauffeur de gaz 1b, préchauffeur de particules de masse 4c, préchauffeur de gaz 3b, préchauffeur de par- ticules de masse 3c, préchauffeur de gaz 2b, préchauf- feur de particules de nasse 2c et préchauffeur de gaz 1b.
Le mode de fonctionnement du dispositif dé- crit sera facilement compris par la description ci-agrès, Le gaz introduit dans 1.'unité de préchauffage 4 et dont la teneur en méthane brûle dans le compartiment de combustion 4a, chauffe, à une certaine valeur, dans le préchauffeur de particules de masse 4c, les particules refroidies de masse, venant du. préchauffeur de gaz 1b. Dès lors, dans le préchauffeur de gaz 3b, le mélange gazeux amené à l'unité de préchauffage 3, peut être préchauffé d'une manière correspondante, ce qui entraîne une élévation de la température et un élargissement de la zone de haute tempéra- ture dans la chambre de combustion 3a.
Le mélange gazeux sortant de la chambre de combustion 3a traverse alors la masse d'échange de chaleur sortait de 1-'échangeur 3b et
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pénétrant dans l'écl,.eur de chaleur 3c, -.-lu-- en cia-='- tant cette masse en exploitant la chaleur contenue dans les az résiduaires de la chambre de combustion 3a. La nasse échauffée d'échange de chaleur arrive alors, de l'échangeur de chaleur 3c, dans le préchauffeur de gaz 2b de l'uni-
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t4 le <t.;# .=-:-?¯ #-'- '..-.. -C-- - --- il ¯,= e y ... =..:-:.= .....¯ ¯ .::.. :=.:..-::......-:.:.:.- .::-:....¯ ge gazeux pour la combustion dans la chambre de combustion 2a.
On utilise à nouveau ses gaz résiduaires pour préchauf- fer davantage la masse d'échange sortant du préchauffeur de gaz 2b et introduite dans le préchauffeur 2c de la nasse d'accumulation, cette masse d'échange étant finalement ame- née au préchauffeur de gaz 1b du dispositif de combustion principale 1, après avoir atteint une certaine température maximum.
Comme on peut le constater d'après ce qui précède, les préchauffeurs disposés en cascade permettent d'amener, par étages, une grande quantité de chaleur à la masse d'échange de chaleur, amenée au préchauffeur de gaz 1b et d'élever sensiblement la température de la manière indi- quée, Conme on l'a dit ci-dessus, les masses préchauffées d'accumulation peuvent, en principe, être également amenées directement à la chambre de combustion la. La figure 5 représente encore une modification du système suivant la figure 4, cette modification étant caractérisée en ce que la masse d'échange de chaleur :le traverse plus,, en série, tous les éléments de préchauffage 2 - 4 et le dispositif principal de combustion 1.
Bien plus, dans ce système, il y a des circuits- séparés 1d - 3d, accouplant chaque fois les éléments successifs d'échange de chaleur ou plutôt le dis positif de combustion principale. Dans les exemptas décrits, jusqu'à, présent, les dispositifs. a servant à la combustion du mélange de méthane et d'air étaient analogues au disposi-
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de chauffage
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tif/dit à Itcaîlloux" (pebble), c'dst-à-dire que les par- tipules de la maise, s'écoulant de haut en bas ar gravité, sont parcourues en contre-courante par le milieux gazeux à
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.ïl'.'ie,;,.Ia Ze eaa dans les turbines à gaz, on ,',' :..." '.< "" 'difficuitês, notamment par suite .,nécessaires, pour prévoi. , dans '8:ae d accumulation comprenant la zone ¯éri' de la couLhe de masse dl accumu- cowhoe masse accunu- z''' " '41 du dispositif de chauffage à , suivant. 1ma autre forme de réali- dation, on peut réaliser avantaeu- 'combustion pour le mélange d' air et 11 ompart.iment de la masse d-accu- '"'pne, de combustion, la forme d'un 00 e-courant r-roiaé, dans lequel ',{,: , contre-courant t croisé, dans lequel bzz erlmg à des -températures différentes, bzz- ",.:1"1, 1 sfdve.a de particules de masse dans ".j,""'.
''''dii?tt''ri: gazeux, les courants de masse d' ac- . p-d dans les couches successives disposées '," ' du gaz, étant conduits dans le "I': ...... .,/... Í. ,1 e6 J!un: à' c$té de 1.' autre à une température diffé- f' c Ytt m3'me vitesse, de préférence en supprimant les .....' "J.
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que le mélange de méthane et d'air puisse traverser le courant de la masse perpendiculairement au sens de dépla- cement.
Le système de canalisation comporte des canaux d'admission en gradins o1, o2, o3, etc..., ainsi que des canaux d'évacuation également en gradins p1, p2, p3, etc.. Par suite de la forme appropriée du système de canalisation et du montage des canaux d'admission et d'éva- on peut cuation o ou p, /considéré dans le sens d'écoulement du gaz, disposer l'une derrière l'autre des couches de masses de température différente, pénétrant directement l'une dans l'autre, c'est-à-dire des couches qui ne sont séparées par aucune paroi.
Au-dessus du récipient m, permettant la combustion du méthane, on prévoit, un dispositif de combustion y- (brûleur auxiliaire), au moyen duquel, par la combustion d'un gaz brûlant facilement ou autre combustible, on peut obtenir un mélange gazeux ayant une température supérieure à la température d'allumage du mélange de méthane et d'air.
Ce gaz ayant une température supérieure à 10000 est intro- duit à peu près au milieu de la zone d'allumage ql et il permet de chauffer, dans les particules de masse,,menées par la conduite ol, une couche à une température supérieu- re, à la température d'allumage (zone d'allumage). En dessous de ladite zone d'allumage q1, une autre masse d'accumulation est amenée dans les zones suivantes q2, q3 par les ouvertures d'admission o2, 03.
Lors du guidage précité des courants partiels, desmasses d'accumulation, parcourus en courants croisés, dans les zones q2, q3, etc. par le mélange gazeux à brûler, on constate que, comme dé- crit d'ans l'exemple indiqué à la figure 1, après avoir at- teint la température d'allumage dans la zone ql, la com- bustion du mélange gazeux a lieu dans les zones suivantes
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q2, q3 de même que dans d'autres zones disposées d'une manière correspondante. Dans ce cas, on constate que la zone de combustion, est chaque fois déplacée à peu près au milieu des couches de masses disposées les unes à coté des autres.
Dans la figure , la zone ayant une température supérieure à la température d'allumage (zone de combustion) ressort par la ligne en gros traits, Avant cette zone, le mélange gazeux à brûler est échauffa tout en refroidis- sant les particules de masse sortant par les canaux pl, p2, ... ; derrière cette zone, le mélange gazeux chaud est refroidi après la combustion, en chauffant les particules de masse arrivant par o2, o3 .....
Comme on peut parfaitement le comprendre, on peut, considéré dans le sens d'écoulement des particules de masse, disposer l'une.derrière l'autre, un plus grand nombre de zones ou sections q comportant des conduites latérales d'admission et d'évacuation de masse (o ou p).
De même, on peut évidemment, également considéré dans le sens d'écoulement du gaz, augmenter le nombre de couches adjacentes.
Pour le système suivant la présente invention, il importe que la masse,amenée en une couche soit chauffée à la température requise dans la section q (zone d'allu- mage). Si l'on veut atteindre cette température sans de- voir amener continuellement un gaz auxiliaire à la passe par le brûleur y pour le préchauffage, on peut, suivant une autre forme de réalisation de la présente invention, chauffer, à l'extrémité' du récipient m, comprenant les zones de com- bustion et les particules de masse, une partie du mélange gazeux, dans la section inférieure n et par combustion, à une température supérieure à la température d'allumage du mélange gazeux.
Ce mélange chaud est alors amené directement
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par la conduite d'allumage r et en courant croisé, dans les particules de masse s'écoulant dans la section q.
Pour atteindre la température nécessaire de la quantité pré- levée du gaz d'allumage, on retire directement cette quantité d'une- section de combustion.) sans réduire la température par l'échauffement des particules de masse, comme c'est le cas dans les sections supérieures q du dispositif de com- bustion. Le guidage dea gaz dans les sections q1 et n s'effectue de telle sorte que toute la résistance d'écoule- ment par n, r et q1 ait à peu près la même valeur que dana les zonas: 'la' q3, etc...
Dans'la figure 7, on représente une autre forme de réalisation d'un dispositif de combustion de gaz suivant la présente invention. Dans cette forme de réalisa- tion, on fait passer les particules de la masse dans une direction à travers un canal en forme de puits et le gaz à brûler traverse les particules de masse en courant croi- sé, à des hauteurs différentes et de différents côtés.
Dans cette figure, 11 représente les parois d'un puits d'écoulement, à travera lequel la masse en mouvement passe en cycle, comme indiqué. Dans les sections 11a, llb et 11c, les parois sont réalisées d'une manière perméable aux gaz, de façon à pouvoir insuffler un mélange de méthane et d'air en sens inverse à travers le courant de la masse à l'intérieur du puits, comme indiqué par les flèches 14a, 14b et 14c. Pour la conduite d'admission ou d'évacuation des courants gazeux, on prévoit un système correspondant de canalisation qui, pour des raisons de simplification, n'est pas représenté dans la figure des dessins .
Entre les sec- tions 11a, llb et 11c, limitées par les parois perméa- bles, on intercale des parois imperméables 15a, 15b, dont la longueur est calculée de telle sorte qu'il ne puisse se
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produire aucun. écoulement transversal important entre les
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sections lla, 1..'J et lie. Si l'on provoque alors, dans une certaine couche 12, un préchauffage des particules
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de la masse à la teup6rature d' allumage du, gaz par la cam- bustion d'un gaz auxiliaire:, introduit dans le puits- d'écou-
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1 otnovt't. :? ag ±-1- ew d zm+a+0+ w,Tdzeg .s'?G# priées 17, la combustion se propage alors suivant, le trait
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16 sur toute la bautenr du C01Ç forme de puits.
Comme l'indique, la courbe, 16, les zone& de combustion se déplacent alors alternativement de différentes cotés suivant les conduites d'admission ou d'évacuation du mélange gazeux à brûler. En principe, dans le dispositif représenté à la figure 7, grâce à la masse chauffée dans la zone de com- bustion, on peut préchauffer le gaz à la température d' al- lumage et d'autre part, après la combustion, par le 'mélange gazeux chaud, on préchauffe les particules de la masse avant leur entrée dans la zone de combustion proprement dite.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 7, on admet que le système de canalisation, comprenant les sections de la zone de combustion, est fixe et que les par- ticules de la masse doivent circuler dans un cycle continu.
On peut toutefois réaliser les mêmes conceptions en plaçant les particules de masse dans un système à récipient rotatif, le mélange gazeux à brûler étant alternativement amené de différents côtés aux différentes sections de la zone de com- bustion de ce récipient, L'admission du gaz auxiliaire de combustion en vue de l'amorçage de la combustion du methane peut, dans ce cas, s'effectuer par des conduites passant à travers L'arbre creux ou par des tuyères à l'extérieur du corps rotatif contenant les particules da masse.
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On peut également employer un ..y ta 4ettlC suivant la figure 7, où les particules.de la masse s'écoulent dans
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un puits et dans plusieurs zones de combustion successives, pour réaliser un préchauffage des particules de la masse d'une manière analogue à celle de l'exemple représenté à la figure 4. La figure 8 des dessins représente une for- ne de réalisation correspondante.
Dans le système de la figure 8, la masse d'échange de chaleur, circulant. en cycle, passe par le puits 20. Dans ce dernier, on prévoit successivement, dans le sens d'écoulement de la masse d'accumulation, un comparti- ment de préchauffage 21 et des chambres de combustion 22, 23, 24, 25 et 26. Dans la zone des chambres de combustion et sur les cotés opposés, le puits 20 comprend des parois perméables aux gaz. Notre ces parois perméables aux gaz 21a - 26a, on prévoit des parois imperméables 27. La longueur de la section du puits comportant des parois imper- méables est calculée de façon à empêcher des écoulements -transversaux du gaz entre les différentes chambres de com- bustion.
Par les parois perméables et comme indiqué par lea flèches, le mélange gazeux passe alternativement dans des directions différentes dans la zone des compartiments de pré- chauffage et de combustion 21 - 25. Les chambres de combustion 22 - 25 correspondent pratiquement aux chambres de préchauffage 4 - 2 du système suivant la figure 4.
Toutefois, dans la chambre de combustion inférieure 26, le mélange gazeux passe dans le même sens que dans la chambre de combustion 25 à travers les masses d'échange de chaleur se déplaçant de haut en bas dans le puits. La chambre de combustion 26 correspond au dispositif de combustion 1 suivant la. figure 4, où le mélange gazeux amené à une tur- bine à. gaz ou autre est Chauffé à la température opératoire.
Dans la figure, 30 désigne un système séparé de canalisa- tion, pour évacuer le gaz chauffé dans la chambre de combus- tion 26 et l'amener au dispositif de consommation (une
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turbine ou autre). Enfin, 31 désigne encore une zone séparée à l'extrémité du puita 20 de guidage de la masse d'accu- mulation, dans laquelle une partie du gaz, amenée par la conduite 31a, est brûlée et chauffée, pour pouvoir amener à la zona 21, par la conduite 28 et la conduite d'allu-
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à:iil5G "S tt*.t j6< purun CL mto i.1:
UA'a"w bclitt qun la masse d'échange de chaleur de la zone 21 soit chauffée au-delà de la température d'allumage. Pour permettre ce chauffage lors du démarrage, on peut également amener à la conduite
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d''allumage 8s au moyen d'un brûleur auxiliaire 29a alimenté, par exemple avec de l'huile, du gaz chaudpour pré-
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chauffer la masse d. acC'Ulm1J.ation au-delà de la température d' allumage du mélange gazeux.
La. mode de fonctioBneBient du dispositif décrit est le suivant -
La masse d'accumulation 33, amenée par le haut par la conduite 32, est parcourue, dans la section supérieure 21, par le gaz chaud amené par la conduite 29, dirige vers la gauche et venant de la chambre de combustion de démarrage 29a ou de la section de chambre. de combustion 31, pour arriver à peu près au milieu de la couche de la masse d'accumulation. Dans cette masse d'accumulation, il se forme une zone chaude, inclinée suivant la ligne 34 et stétendant jusqu'à proximité de la paroi du puits. Après avoir parcouru une section du puits comportant des parois imperméables, la masse d'accumulation comprenant. la zone chauffée, arrive dans la zone de la chambre de combustion 22.
A l'intérieur de cette dernière, le mélange froid de méthane et d'air est dirige de gauche à droite à travers la colonne de particules de masse, se déplaçant de haut en bas.
Par suite de la combustion de méthane dans. la zone chaude (zone de combustion),, la température du gaz monte derrière la zone de combustion et la masse d'accumulation s'échauffe
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alors d'une manière correspondante à droite de la zone de combustion indiquée en traits discontinus. La zone ce combustion sedéplace jusqu'à l'extrémité inférieure de la chambre- de combustion, comme indiqué par la courbe 34, à proximité de la paroi de droite du puits.
D'une manière analogue, dans lest chambrez de combustion suivantes 23 - 25, le mélange gazeux ¯;traverse la masse d'échange de cha- leur de droite à gauche en déplaçant la zone de combustion suivant la courbe. 34. Par suite de l'apport. de chaleur répété dans les chambres de combustion parcourues successi- vement, la masse d'accumulation s'échauffe de plus en plus et la zone de haute température s'élargit. Ce n'est qu'a- près le préchauffage à plusieurs étapes dans les étages 22 - 25 que la quantité de gaz, prévue par le dispositif de consommation: (par exemple une turbine à gaz), est .amenée à la chambre de combustion 26 et chauffée, à la température désirée- en brûlant sa teneur en méthane.
Comme indiqué par une flèche, cette quantité de gaz est amenée à la zone 26 dans le même sens que- la quantité de gaz amenée à la zona de préchauffage 25. Comme on l' a déjà indiqué ci-dessus, on peut encore retirer, de la section inférieure 31, du gaz à température maximum, pour maintenir la température de combustion dans le compartiment de préchauffage 21.
Dans la figure 9,, on représente schématique- ment, dans des diagrammes, le mode de fonctionnement d'un dispositif suivant, la figure 8. Dans cette figure, les sections a - f indiquent la courbe de température t sui- vant les épaisseurs de couche à l'extrémité; de chaque section de préchauffage ou. de combustion 21 - 26. On montre comment la température monte dans chacune des chambras de combustion 22 - 25 et comment la zone de haute température s'élargit de. plus en plus. En pratique, cela signifie que d'une cham- bre de combustion à l'autre= la capacité thermique de la
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masse d'accumulation augmenta de plus en plus par suite du préchauffage répété par les courants gazeux des zones de préchauffage 22 - 25.
Dans le diagramme, la température de l'air est en trait. plein et la température des particules
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de la masse est n: ,pOiIrt.1lJ.aI8
D'après ce qui précède, il ressort que les quantités de gaz amenées aux chanbrea de combustion 22 - 25
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é servent qu'à préchauffer la masse d'-accumulation. Après avoir traversé les chambres de combustion 22 - 25, les quantités de gaz refroidies à peu. près à la température de départ, sont évacuées par une conduite commune. De même, l'admission des courants partiels aux chambres de combustion .
22 - 25 peut s'effectuer, comme dans la chambre de combus- ' tion 26, par une conduite commune Dans la figura 8, pour des raisons de simplification,on n'a pas représenté les canaux. Leur disposition est. toutefois représentée dans les figures 8a et 8b. Comme on peut le constater d'après les sections transversales dans les plans x - x et y - y des figures 8a et 8b illustrant la figure 8, les canaux communs d'admission et d'évacuation peuvent être situés aux parois latérales avant du puits. Dans ce cas, on peut pré- voir le canal d'admission 40 d'un côté du puits et le canal d'évacuation 41 de l'autre côté. Le gaz est alors amené ou évacué par les canaux transversaux 42 ou 43, comme le montrent les différentes coupes des zones 22 . et 23.
Niant donné qu'au cours de 1.'élargissement de la zone de combustion proprement dite et indiquée en poin- tilles, le déplacement de la zone.de combustion à l'inté- rieur dupuits doit être limité, il est recommandé de réduire un peu la longueur des zones de combustion, considérée de haut en bas, afin de pouvoir tenir compte de l'influence exer. cée par l'élargissement de la zone de combustion.
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Si, dans le système de la figure 8, la masse de échange de chaleur a déjà une température élevée, par exemple de 300 - 400 C dans la section de préchauffa- ge 21, on peut encore réaliser un meilleur fonctionnement- ou plutôt une meilleure exploitation de la .chaleur en
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'(µ ,,és. ±é].ùl';j,,l,"' -" : [Î+ÎÙôÔà,±."A. faisant passer, 'comme représenta en pointillés, du cote droit du puits- etparallèlement à la coucher chaude de la
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y 1=.>"2" 7 r'*t'Y..
E,P.y,k 3 j/ Y , masse d'accumulation, .des. particulear da ,' l: t; .¯àjjjµ? ' ' ' " " , 1 masse dans une coucha fbô è 35, en plus . courant chaud '. ; ,,. - l ' '¯ ' de masse, ce quJL permet de réduire les de chaleur 5 ..J.±j5".:;t';' >; > > , 't des quantités partielle'a de gaz servant au chauffage dé la masse, 35a désignela conduite d'admission de cette couche. 'Dans ce cas, le parois perméables aux gaz sont évidemment disposées de façon à limiter le courant froid des particules de masse. Grâce à cette couche.'supplémentaire de refroidissement, on peut assurer un refroidissement des
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, . r , ., ,,, courants partiels'de gaz servant au préchauffage, à des tempé- ratures relativement basses.
Le montage suivant la figure 8 peut égale-
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ment s'appliquer à un< système rotatif . La figure in, mon- tre, en principe, un système correspondant. Pour des raisons de simplification, on ne représente, dans le dessin, que le tracé de base du système rotatif d'échange de chaleur, Dans cette figure, 50 - 55 désignent des sections en forme de segments, où un mélange gazeux de méthane et d'air est amené alternativement en 50a - 55a, par le haut ou par le bas, à la masse. contenue dans le. système rotatif 49, en passant par des canaux raccordés d'une manière: étancha (non repré- sentes), en. vue du préchauffage par combustion.
Lorsque,
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par suite du préchauffage dans les, zones- 50 - 55e la tempé- rature maximum de la masse est atteinte,le mélange gazeux prévu pour le dispositif de consommationtraverse la couche
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de masse dans la zone 56 en brûlant. sa teneur en méthane.
En. principe, le fonctionnement du système suivant la figure 10 correspond à celui exposé en détails d'après la figure 8.
Dans le système suivant-la figure 10, la combustion du gaz est obtenue d'une manière analogue à celle de l'exemple précité. Pour amorcer la combustion, on intro- duit un gaz chaud d'une manière appropriée, par exemple par
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là F-IMO 1' rotatif d3'échange de chaleur, peu près au: milieu, de la couche effectuant l'échange de chaleur et constituer de particules de masses ou autres, ce gaz chaud permettant de réaliser l'échauffement au-delà de la température d'allumage et de former la zone de combustion.
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-RVD ICÀIO1T .
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1.- Dispositif pour la combustion de mélanges d'air et de gaz, en particulier de mélangea à faible teneur en méthane (atmosphères des mines), caractérisé en ce qu'on fait passer la. quantité de gaz à brûler à travers la masse s'écoulant continuellement dans le même sens d'un régénéra- teur à masses d'accumulation et en ce qu'on le brûle ainsi dans une zone de haute température (zone de combustion), les particules de masse étant chauffées derrière la zone de combustion (en considérant l'écoulement du gaz) par le gaz chauffée tandis que les particules chaudes de la masse pré- chauffent le mélange gazeux à la température d'allumage avant la zone de combustion (figure 1).