"Procédé et appareil pour l'inflammation directe du charbon pulvérisé"
La présente invention concerne les brûleurs des-
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lier les brûleurs que l'on peut utiliser dans les chaudières chauffées au charbon des générateurs de vapeur. Plus spécifiquement, cette invention concerne un procédé d'in-flammation du charbon pulvérisé en l'absence d'un apport d'énergie substantiel provenant de la combustion d'un combustible liquide ou gazeux. En conséquence, les buts généraux de la présente invention sont de fournir des appareils et des procédés nouveaux et perfectionnés ayant ce caractère.
Pour des raisons de prix de revient et de disponibilité, il devient de plus en plus désirable d'utiliser le charbon plutôt que le gaz naturel ou le pétrole dans les installations de production d'électricité. Les générateurs de vapeur actuels emploient des combustibles liquides et gazeux faisant prime, à la fois pour l'inflammation et pour l'énergie de stabilisation de la flamme à faible charge. La quantité requise de ces combustibles auxiliaires et faisant prime est importante. Il existe donc un besoin d'un moyen de réduire la quantité de combustibles auxiliaires exigées dans les chaudières chauffées au charbon pulvérisé.
La présente invention élimine les déficiences
et les désavantages de la technique ancienne discutés cidessus, ainsi que d'autres, en prévoyant l'inflammation directe d'un courant de charbon pulvérisé et d'air fourni
à un brûleur. Conformément à l'invention, l'air et le charbon pulvérisé sont introduits dans une chambre de combustion sous la forme d'un courant dans lequel le rapport
en poids entre l'air de transport et le charbon est inférieur à 1 et, de préférence, à 0,5. Une source d'énergie suffisante pour chauffer les réactifs à la température d'inflammation intervient dans le mélange charbon-air pour l'enflammer. La source d'énergie d'inflammation peut être, par exemple, un allumeur à étincelle électrique. Le mélange enflammé est contenu dans une région de remise
en circulation, de sorte que les produits de combustion chauds sont remis en circulation vers le point d'injection du mélange charbon-air, pour ainsi concentrer 1' Énergie thermique dégagée et créer une flamme s'entretenant d'ellemême. La remise en circulation est provoquée par un courant d'air "secondaire". En vue d'assurer l'inflammation, en plus de l'exercice d'un contrôle sur le rapport en
poids air-charbon à l'amont de la chambre de combustion,
on fait varier la vitesse du mélange charbon-air suivant
la teneur en matières volatiles et la finesse du charbon; la vitesse d'injection du mélange charbon-air est inférieure à 150 pieds/secs (45,7 m/sec) et est, de préférence, de l'ordre de 60-75 pieds/sec (18,3 - 22,8 m/sec). Dans certains cas, l'amorçage du courant d'air secondaire qui provoque la remise en circulation des produits de combustion chauds vers le point d'injection du mélange sera retardé; ceci est particulièrement vrai dans le cas d'un allumage par un arc électrique à haute énergie. En outre, selon l'invention, l'air secondaire ne contribue qu'à raison de 15% à l'apport d'air de combustion stoechiométrique.
La présente invention sera mieux comprise et
ses nombreux buts et avantages apparaîtront mieux aux per-
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annexé où les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments dans les différentes figures et où :
la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un brûleur à charbon pulvérisé allumé par un arc élec-trique, que l'on peut employer dans la mise en pratique
de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un système d'alimentation en charbon pulvérisé, que l'on peut associer au brûleur de la figure 1, et la figure 3 est une vue de face, en élévation, du système de distribution de la figure 2.
L'appareil illustré dans le dessin annexé constitue un dispositif représentatif pour réaliser l'inflammation directe d'un courant de charbon pulvérisé et d'air selon l'invention et sans consommation importante de pétrole ou de gaz naturel. La présente invention se base sur l'existence d'un mélange dense en phase charbon-air, dans lequel le rapport en poids entre le courant d'air de transport
et le charbon, mesuré dans un conduit d'amenée à l'amont d'une zone de combustion, est de 1 ou moins. La source
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trouver dans le courant air-charbon en mouvement dans la zone de combustion ou à pouvoir s'insérer dans ce courant. L'énergie fournie au mélange air-charbon par la source d'énergie d'inflammation enflamme les particules de charbon. En considérant le cas ou la source d'énergie d'inflammation est constituée par un arc électrique à haute énergie, l'allumeur fonctionnant donc par impulsions et une série de poches de flammes sont créées.
La technique de la présente invention envisage aussi l'établissement d'un courant d'air secondaire vers
la zone de combustion, à travers les registres d'air secondaire du brûleur. Ces registres sont conçus, d'une manière connue dans ce domaine, afin d'établir une région de remise en circulation de l'air et des produits de la combustion (gaz chauds), de sorte que les poches de charbon
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le point d'injection initial du charbon et dans la région de remise en circulation, l'énergie augmente jusqu'à ce que la flamme s'entretienne d'elle-même.
La technique de la présente invention a été mise en pratique avec succès en employant un arc électrique à haute énergie comme source d'énergie d'inflammation. Toutefois, la source d'énergie d'inflammation peut aussi être constituée de radiateurs à résistances ou d'une torche pilote alimentée en hydrocarbure, avec une consommation d'énergie minimale. Dans une forme de réalisation préférée, l'allumeur sera retiré de la région de la flamme une fois que l'existence de celle-ci aura été vérifiée. Quand un arc à haute énergie fournit l'énergie d'inflammation, le courant d'air secondaire sera retardé jusqu'à ce que l'existence de la flamme ait été vérifiée.
En se reportant à la figure 1, on voit que celleci représente un brûleur selon la première forme de réalisation de l'invention. Un tuyau à charbon 16 est employé pour amener pneumatiquement le charbon à la zone d'inflammation dans le brûleur. En conséquence, tel que l'appareil est illustré dans la figure 1, l'extrémité gauche du tuyau
16 est en communication avec le distributeur de charbon des figures 2 et 3, tandis que son extrémité droite se termine à un diffuseur en cône creux, monté sur le tuyau 16 au moyen de supports 21. Un allumeur sera placé immédiate-ment à l'aval de l'extrémité de sortie du tuyau à charbon
16. Dans la forme divulguée de l'invention, l'allumeur, désigné par 23, entre par le côté du brûleur et est constitué par un allumeur à arc à haute énergie, semblable
au type actuellement en usage pour enflammer l'huile. On notera que toute source d'inflammation qui communique une énergie suffisante pour chauffer assez les réactifs et les enflammer peut être utilisée. En conséquence, un radiateur à résistances ou une petite torche pilote alimentée par
du gaz naturel pourraient s'employer en place de l'allumeur à arc à haute énergie. On préfère toutefois ce dernier en raison de sa fiabilité et de la possibilité de le contrôler. L'allumeur 23 illustré dans la figure 1 sera typiquement monté de manière à pouvoir reculer, afin de pouvoir le retirer de la zone de combustion et le ramener dans une zone protégée après que le charbon s'est enflammé.
Le brûleur comprend aussi un conduit 20, amenant l'air secondaire, qui est coaxial au tuyau à charbon 16. Le conduit 20 communique avec une chambre à air 14 qui sera typiquement une chambre cylindrique de diamètre quelque peu supérieur à celui du conduit 20. La chambre à air 14 contient plusieurs ailettes 12. Celles-ci sont disposées pour communiquer une turbulence à l'air passant de la chambre 14 au conduit 20. Un conduit 10 d'admission d'air, venant d'une source d'air comprimé, se dirige vers la chambre à air 14. Le conduit 20 se termine dans un diffuseur
24 garni de réfractaire et formant une tuyère divergente. Dans une installation à échelle réduite pour la mise en pratique de l'invention, le tuyau à charbon 16 a un diamètre intérieur de 1 pouce (2,54 cm), le conduit 20 a un diamètre intérieur de 6 pouces (15,2 cm et le diffuseur
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24 a un diamètre de 13 pouces (33,0 cm) a son extrémité ouverte et un angle de divergence de 35[deg.].
Les figures 2 et 3 que l'on discutera simultanément montrent un système d'alimentation en charbon pulvérisé pour fournir un mélange charbon-air au tuyau à charbon ou conduit de combustible 16. Le système d'alimentation consiste en une trémie 40 à charbon pulvérisé
qui peut être approvisionnée par l'un des nombreux moyens connus dans ce domaine. De préférence, la trémie 40 devrait être dimensionnée pour stocker une quantité de charbon pulvérisé suffisante pour alimenter le brûleur pendant toute la période de mise à température du foyer dans lequel le brûleur doit s'employer. La trémie 40 communique avec
un distributeur gravimétrique 43 qui consiste en un dispositif d'alimentation 42 à vitesse variable, un transporteur
44 sensible au poids et un circuit de commande approprié, non représenté. La vitesse de rotation du distributeur
42 détermine la quantité de charbon pouvant tomber sur -
le transporteur 44 et le poids enregistré par celui-ci commande la vitesse de la rotation. Le distributeur gravimétrique 43 introduit le charbon à une vitesse constante dans un distributeur rotatif 46 à sas d'aérage.
Le distributeur rotatif 46 est une chambre cylindrique avec des ailettes 47 ajustées avec une quasi-êtanchéitê à l'air par rapport à la chambre. Au bas de celle-ci, se trouvent une ouverture d'entrée 48 et une ouverture de sortie 49. L'ajustement des ailettes 47 est tel qu'il n'existe presque pas de passage libre pour l'air entre les ouvertures 48 et 49 et le distributeur 43. En. conséquence un courant d'air entrant par l'ouverture 48 peut continuer et sortir par l'ouverture 49 sans être dévié dans le distributeur 43. La rotation des ailettes 47 transporte le charbon pulvérisé que leur amène le distributeur 43
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L'air comprimé est amené au distributeur 46 d'une source appropriée 50, sous un débit contrôlé: de sorte qu'un mélange charbon-air ayant un rapport en poids air-charbon prédéterminé sera amené par le conduit 16 au brûleur. Selon la présente invention le mélange charbon-air mesuré dans
le conduit 16 a un rapport en poids air-charbon de 1 ou moins et, de préférence, de 0,5 ou moins.
Dans une installation à échelle réduite pour la mise en pratique de l'invention, où un charbon peu bitumineux de la classe C, pulvérisé avec 70% de fines passant
au tamis de 200 mailles, a été employé; la limite supérieure du rapport en poids air-charbon était de 1. Le rapport en poids air-charbon optimal variera avec le type de charbon.
En vue de provoquer le fonctionnement du brûleur de la figure 1, on amène l'allumeur 23 dans sa position d'insertion et on le met en marche. Quand on emploie un allumeur à arc, on a utilisé avec succès des étincelles produites par celui-ci, dégageant une énergie de 25 joules environ, durant chacune à peu près 10 microsecondes et ayant un taux de répétition de 10 Hertz. Une fois que l'allumeur a commencé à fonctionner, on met le compresseur 50 en marche et on fait démarrer le distributeur gravimétrique
43. L'air comprimé passant dans le distributeur rotatif
46 à sas d'air entraîne des quantités mesurées de charbon pulvérisé et les emporte par le conduit 16 et le diffuseur
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tionner le brûleur de la figure 1 sans le diffuseur 22 en cône creux, on considère qu'il est désirable de l'inclure dans le dispositif, afin de provoquer une certaine remise en circulation pendant le stade d'inflammation de l'opération. Le mélange charbon-air amené au voisinage de l'allumeur 23 est enflammé par l'énergie dégagée par celui-ci
et la flamme résultante se propage à travers le charbon. Le résultat est que l'inflammation se produit et qu'une flamme relativement instable existe à la sortie du brûleur. A ce moment, un observateur 26 ou un système automatique de détection de la flamme détermine que l'allumage s'est produit et provoque un écoulement d'air secondaire (air ambiant ou air réchauffé) dans le conduit d'admission 10. Les ailettes 12 provoquent une rotation du courant d'air et ceci a pour résultat de lui communiquer un mouvement
en spirale ou de tourbillonnement dans le conduit 20 et
le diffuseur 24. Ce dernier est une tuyère divergente qui favorise la remise en circulation se produisant naturellement par suite de l'écoulement turbulent de l'air. Le courant d'air tourbillonnant enveloppe la zone de combustion et il en résulte que les produits chauds de la combustion sont aspirés à nouveau dans la région d'injection de charbon frais. L'effet visible de cette remise en circulation est une stabilisation de la flamme telle qu'on peut arrêter l'allumeur 23 et le retirer. Ainsi retiré, l'allumeur 23 reste dans une zone protégée qui empêche sa détérioration par l'intense chaleur de combustion.
'On croit que l'inflammation directe du charbon pulvérisé due à la présente invention est efficace du fait qu'elle assure les conditions appropriées à la propagation de la flamme à l'intérieur du courant de charbon, après que l'allumeur a provoqué l'inflammation de quelques-unes des particules de celui-ci; au-dessus d'un rapport en poids air-charbon de l'environ, la propagation de la flamme est difficile avec de l'air non chauffé et l'inflammation directe du charbon pulvérisé par un allumeur à arc ne se produit pas effectivement. Au démarrage du foyer, on ne dispose pas d'air préchauffé et on ne peut en obtenir qu'au prix d'une dépense importante d'énergie et/ou de combustible liquide ou gazeux.
Combinée avec des conditions correctes de propagation de la flamme, la présence d'une zone de remise en circulation contribue à la stabilité de la flamme de charbon résultante. La remise en circulation détermine l'aspiration des produits chauds dans la zone
de combustion, de sorte que la flamme fournit son énergie d'allumage propre. Toutefois, quelles que soient les raisons de son succès, la présente invention procure un dispositif assurant une inflammation directe satisfaisante d'un courant de charbon pulvérisé.
Le brûleur de la figure 1 peut s'employer comme brûleur de préchauffage des chaudières de centrales. Pour leur fonctionnement, il est nécessaire de les porter à
une température élevée, afin que leurs brûleurs à charbon ordinaires fonctionnent correctement. Les brûleurs de la présente invention peuvent s'employer pour amener le foyer à une température suffisamment élevée pour assurer une
<EMI ID=8.1> peut aussi utiliser l'invention à la fois pour l'inflammation et pour une stabilisation à faible charge.
Quoique l'on ait illustê et décrit des formes de réalisation préfère, diverses modifications et substitutions peuvent être envisagées sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. Il doit donc être entendu que la présente invention a été décrite à titre d'illustration et non de limitation.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour provoquer l'inflammation et entretenir la combustion d'un charbon pulvérisé dans une zone
de combustion qui n'a pas été préchauffée et consistant à introduire dans la zone de combustion un courant de combustible (16), constitué essentiellement par un mélange
de charbon pulvérisé et d'air, à fournir de l'énergie (23) au mélange dans la zone de combustion, afin d'enflammer
le charbon dans le mélange, à remettre en circulation (12,
24) les produits de combustion chauds en direction du point d'introduction du courant de combustible dans la zone de combustion, les produits de celle-ci contribuant ainsi à l'énergie d'inflammation dans la zone de combustion, caractérisé en ce que le mélange de charbon et d'air a un rapport en poids "air de transport-charbon" inférieur à 1,0 approximativement, avant la sortie'dans la chambre de combustion.