Installation pour le traitement d'une matière solide finement divisée et fluidisable. La présente invention concerne une instal lation pour le traitement d'une matière solide finement divisée et fluidisable.
Dans le brevet suisse N 297557, on a dé crit un appareil destiné à mettre en #uvre un procédé d'échange de chaleur entre une matière pulvérulente et un fluide. Cet appa reil comprend entre autres une auge allongée horizontale, une paroi horizontale perméable aux gaz située à distance du fond de l'auge, de façon à séparer un compartiment transpor teur supérieur, destiné à contenir un lit de la matière pulvérulente, d'un compartiment inférieur destiné à être alimenté par un gaz sous pression qui sert à rendre mouvante la dite matière pulvérulente en s'écoulant vers le haut à travers ladite paroi horizontale et à travers le lit de cette matière,
et des élé ments échangeurs de chaleur montés dans le compartiment transporteur de l'ange le long de celui-ci et plongeant dans ledit lit.
Pour de nombreuses applications dans les quelles une matière pulvérulente doit être chauffée, il est cependant plus commode et plus économique de chauffer indirectement le lit de matière pulvérulente à l'aide de pa rois chaudes plutôt que par des éléments échangeurs de chaleur plongeant dans ce lit.
A cet effet, l'installation selon l'invention est caractérisée par une cornue horizontale qui comprend des parois latérales conduc trices de la chaleur ménageant entre elles un espace dont la largeur est comprise entre 150 et 900 nmm, un dessus et un fond pour fermer cette cornue, un diaphragme poreux horizon tal fixé à l'intérieur de la cornue et divisant celle-ci d'un bout à l'antre en un comparti ment à gaz, au-dessous du diaphragme, et en une chambre de fluidisation, au-dessus du dia phragme, et dont la hauteur est sensiblement supérieure à la largeur, des moyens pour in troduire de la matière solide divisée à une extrémité de la chambre de fluidisation, des moyens pour évacuer cette matière à l'autre extrémité de la chambre de fluidisation,
des moyens pour introduire un agent de fluidisa- tion dâns le compartiment à gaz, des moyens pour évacuer au sommet de la. .cornue les gaz dégagés de la couche fluidisée, les moyens sus dits étant agencés de façon à assurer le main tien d'une couche épaisse de matière -fluidisée cheminant horizontalement à l'intérieur de la chambre de fluidisation, et des moyens pour chauffer de l'extérieur les parois conductrices de la chaleur de ladite cornue.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemples, plusieurs formes' d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une *vue en perspective d'une cornue horizontale montrant l'agencement gé néral de la cornue.
Les fig. 2 à 5 sont des vues en coupe transversale verticale d'une cornue du type représenté à la fig. 1 montrant des formes de section transversale variées pour cette cornue. La fig. 6 est une vue partielle en coupe longitudinale verticale de la cornue représen tée sur la fig. 1 montrant certains détails de l'extrémité d'entrée de la cornue.
La fig. 7 est une vue analogue à la fig. 6 montrant une variante d'agencement de l'ex trémité d'entrée de la cornue.
La fig. 8 est une vue partielle en coupe longitudinale de l'extrémité d'entrée d'une cornue représentant Lin autre agencement.
La fig. 9 est une vue partielle en coupe verticale de l'extrémité de sortie de la cornue de la fig. 1 et montre certains détails de l'agencement.
La fig. 10 est une vue partielle en éléva tion latérale avec partie en coupe montrant mi autre agencement de l'extrémité de sortie dune cornue.
La fig. 11 est une vue analogue à celle de la fig. 10 montrant un autre agencement. La fig. 12 est mie vue en perspective d'une batterie de trois cornues disposées côte à côte, un arrachement partiel laissant voir les dé tails du diaphragme.
La fig. 13 est une vue en perspective d'un mtre type de cornue horizontale, une partie étant arrachée pour montrer l'agencement intérieur.
La fig. 14 est Lune vue en coupe transver sale verticale suivant la ligne A-A de la fig.13. La fig. 14A est une vue partielle montrant un autre mode de réalisation de la cornue des fig. 13 et 14, utilisant un brûleur auxiliaire au sein de la couche.
La fig. 15 est une vue en plan, principa lement en coupe horizontale, montrant de quelle manière quatre cornues peuvent être alimentées par deux autres cornues à l'aide d'un distributeur de circulation.
La fig. 16 est une vue en coupe verticale suivant la ligne B-B de la fig. 15.
La fig. 17 est une vue en élévation avec coupe partielle d'une, cornue verticale figu rant dans certaines formes de réalisation de l'installation suivant l'invention.
La fig. 18 est une vue en élévation avec coupe partielle d'un autre mode de réalisa tion d'une cornue verticale. La fig. 19 est une coupe verticale partielle du mode de réalisation préféré du diaphragme utilisé dans la cornue horizontale de l'instal lation suivant l'invention.
La fig. 20 est une vue en perspective avec arrachements partiels faisant apparaître l'agencement intérieur d'une installation con forme à l'invention, pour la calcination de substances, comportant des cornues horizon tales et des cornues verticales. Cette figure montre également de quelle manière l'installa tion peut être agencée en vue de la monter à l'intérieur d'un foyer de générateur de va- peur. La fig. 21 est un schéma montrant un agencement utilisable pour distribuer un agent de fluidisation dans l'installation que montre la fig. 20.
La fig. 22 est une vue verticale montrant le cheminement des gaz de fluidisation dans une installation conforme à l'invention.
La fig. 23 est une vue en coupe horizon tale suivant la ligne C-C de la fig. 20.
La fig. 24 est une vue en coupe horizon tale suivant. la ligne D-D de la fia. 20.
La fig. 25 est une vue en coupe verticale d'une installation pour la, calcination d'une matière à haute température.
La fia.- 26 est une vue en coupe verticale, à une échelle un peu plus petite que celle (le la fig. 25, dans un plan perpendiculaire à. ce lui de la fig. 25.
La fig. 27 est une vue partielle en coupe longitudinale de l'un des compartiments à brûleurs représentés sur les fia. 25 et 26.
Les cornues du type de celle représentée sur la. fig. 1 sont., de préférence, construites en métal réfractaire à faible coefficient. de dilatation et se présentent sous la forme de couloirs étroits relativement profonds déli mités par les parois latérales 30, le dessus 31, le fond 32 et les parois en bout 33, 34. L'in térieur du couloir est divisé d'un bout à l'autre par un diaphragme poreux 35 en un compartiment inférieur à gaz 36 et une cham bre supérieure de fluidisation 37.
Il est prévu des conduits adducteurs de gaz 38 et 39 -pour admettre un courant bien réglé d'agent de fluidisation dans le compartiment à gaz 36, tandis que le dessus 31 du couloir est rac cordé à des conduits d'évacuation 40 et 41 par lesquels l'agent de fluidisation s'échappe de la partie supérieure de la chambre de flui- disation 37.
La matière finement divisée descend par gravité dans l'extrémité d'entrée de la cor nue par un conduit d'admission vertical 42. Dans le mode de réalisation que montre la fig. 1, la paroi en bout 33 présente, vers le bas, une partie inclinée 43 située sous l'orifice de sortie 44 du conduit d'admission 42. La matière finement divisée est extraite de la cornue par un conduit vertical de départ 45, qui s'élève à travers le fond 32 de la cornue et à travers la membrane 35 dans la chambre de fluidisation 37, et dont l'orifice d'entrée est placé à un niveau prédéterminé en 46, le quel détermine à son tour l'épaisseur de la couche fluidisée à maintenir dans la cornue pendant son fonctionnement.
Il est avantageux de munir les cornues construites de la manière qui vient d'être décrite et qui sont destinées à être utilisées à des températures relativement basses, de ner vures longitudinales 47 fixées à la, face exté rieure des parois latérales à une hauteur cor respondant à la partie supérieure de la couche fluidisée de la matière qui doit être main tenue à l'intérieur de la cornue en service. Ces nervures longitudinales remplissent deux fonctions. Elles assurent d'abord la rigidité qui réduit la tendance des cornues à se dé former sous l'action des variations de la tem pérature.
Mais la principale fonction de ces nervures est de constituer des organes d'appui permettant le montage des cornues dans une installation de calcination, de façon que les gaz chauds n'entrent en contact qu'avec les parties des parois latérales à travers lesquel les la chaleur doit être transmise à la couche de matière fluidisée à l'intérieur des cornues. Cette dernière fonction des nervures 47 sera décrite en détail plus loin.
La forme des cornues à basse température, répondant au mode de réalisation que mon tre la fig. 1, peut être modifiée de nombreuses manières suivant les conditions imposées, et suivant les restrictions imposées par l'agence ment général de l'installation et par les maté riaux de construction disponibles.
On sait qu'une cornue métallique du type décrit se .dilate lorsqu'elle est chauffée, et que les parois métalliques de cette cornue peuvent montrer une tendance à se voiler. ainsi qu'il vient d'être indiqué, on peut réduire cette tendance dans une certaine mesure à l'aide des nervures longitudinales 47, avais d'autres particularités dans la forme des cornues per mettent d'éliminer presque complètement cette tendance.
Si les parois latérales sont verticales et sensiblement planes, on peut. utl- liser des plaques ondulées. Mais on peut éli miner la, tendance à la déformation par chauffage de la matière de la cornue, si on donne à cette cornue une section transversale de forme modifiée, par exemple, en arron dissant le dessus et le fond, ou en choisissant une section transversale de forme générale elliptique.
Les fi.g. 2, 3, 4 et 5 montrent des exemples de profils appropriés pour les cor nues du type qui vient d'être décrit.
Pour l'introduction de la. matière dans l'extrémité d'entrée de ces cornues, il est né cessaire d'empêcher l'agent de fluidisation de la matière de s'élever dans les tubes adduc teurs en y formant des poches d'air empê chant sa descente.
On peut -atteindre ce ré- sultat en faisant descendre la :ratière par gravité dans une partie non fluÏdisée de la couche où le tube adducteur est vertical, ou encore en faisant descendre le tube adducteur dans l'extrémité de la cornue suivant une cer taine inclinaison, par rapport à la, paroi laté rale ou à la paroi en bout.
Dans le mode de réalisation que montre la fig. 1, et qui est re présenté avec plus de détails sur la, fig. 6, le tube adducteur 42 débouche directement au- dessus de la partie -inclinée 43- de -la paroi' en bout 33 de la cornue.
La, pente de la partie in clinée 43 est plus forte que l'angle du talus d'éboulement de la matière à traiter, ce qui fait que la, matière s'écoule d'une manière continue dans la direction des flèches de la fig.- 6 jus qu'à ce qu'elle arrive -en un point situé vertu= calement au-dessus du diphragme 35 où elle est fluidisée. On obtient un résultat analogue par l'agencement que montre la fig. 7, dans lequel un bloc à extrémité conique 48 est placé directement au-dessous de l'orifice du tube adducteur 42, empêchant ainsi la fluidisation de la matière entrant dans la cornue tant que cette matière n'est pas passée à l'exté rieur de la périphérie du tube 42.
Dans la variante que montre la fig. 8, la. matière à traiter passe au-dessus d'un seuil situé à l'ex trémité d'une autre chambre de fluidisation pour pénétrer dans la cornue à travers la paroi en bout 33a. Dans ce cas, on prévoit un écran à passage par en dessous 49 pour distribuer uniformément la. matière entrante dans toute la largeur de la couche. A proxi mité de la partie supérieure de l'écran 49 est percée une ouverture 50 plus petite qui est destinée à l'équilibrage des pressions sur les deux côtés de cet écran.
On peut agencer de diverses manières l'ex trémité de sortie des cornues. Par exemple, on peut extraire la matière par un tube de sor tie- 45 qui s'élève dans la chambre de fluidi- sation 37 jusqu'à un niveau prédéterminé, et dont l'orifice supérieur forme seuil de trop plein pour le passage de la matière de la cou che. Il est avantageux de pratiquer une petite ouverture 51 juste au-dessus du point où le tube d'évacuation 45 traverse la membrane 35 pour permettre la vidange de l'appareil lorsqu'il doit être arrêté. Ce mode de réalisa tion est représenté sur la fig. 9.
La fig. 10 montre Lun autre mode de réali sation dans lequel la matière passe simple ment par une ouverture 52 formant déver soir de trop-plein pratiquée dans la paroi en bout 34 de la cornue. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir un petit tube auxi- liaire 53 pénétrant dans l'extrémité de sortie de la cornue jusqu'à un point situé juste au dessus de la membrane 35 pour permettre la vidange de l'appareil, et pour empêcher la formation d'accumulation de matière dans cette extrémité de la cornue pendant la mar che.
L'ouverture formant déversoir 52 peut être prévue dans la paroi en bout 34 de la manière indiquée sur la fig. 10, ou dans l'une des parois latérales à proximité de la paroi en bout 34, de la manière indiquée sur la fig.11.
Ainsi qu'il a été indiqué précédemment, les cornues du type décrit en regard de la fig. 1 sont destinées à être montées en batte ries et supportées par les nervures 47. Ce mode de montage est représenté sur la fig. 12, qui montre trois cornues disposées côte à côte, suspendues aux écrans horizontaux 54 par les nervures 47, de faon que les gaz chauds, des tinés au chauffage des cornues, soient main- tenus dans les intervalles 55 compris entre les parois latérales des cornues adjacentes et ne transmettent leur chaleur à ces parois la térales que jusqu'à ui niveau correspondant au niveau de la couche de matière fluidisée contenue dans chaque cornue.
Il est facile de comprendre que ces cor- nLZes se prêtent au montage en batteries et offrent un moyen facile de diriger les gaz de chauffage d'une manière simple, tout en offrant également la possibilité d'enlever et de -remettre en place mie cornue quelconque en vue de réparations ou .d'entretien, en apportant le minimum de perturbation à l'en- semble de l'installation.
La fig. 12 ne montre pas l'armature de l'installation, ni les sup ports des nervures situées sur les côtés exté rieurs des deux cornLies aux extrémités de la batterie; on peut utiliser à cet effet des sup ports quelconques établis pour résister aux températures de fonctionnement de l'appareil. Les cornues décrites jiiusqu'ici conviennent.
particulièrement au traitement de matières jusqu'à une température maximum d'environ 540 C, et leur constitution permet. des dis positions diverses permettant, leur chauffage à. l'aide de gaz de combustion chauds. Elles sont particulièrement utiles pour le traite ment de matières dans des limites de tempé ratures entre lesquelles les matières en ques tion dégagent des produits gazeux, parce que ces produits gazeux peuvent être évacués pra tiquement.
dès qu'ils se dégagent et ne contra rient en aucLme manière le maintien des con ditions idéales de fluidisation à l'intérieur des cornues. Il convient de noter qu'il s'agit d'un avantage que n'offrent pas les cornues verticales clans lesquelles les produits gazeux normés pendant le traitement doivent s'élever à travers toute la couche située au-dessus' du point de dégagement, ces produits gazeux ayant ainsi tendance à augmenter intempesti vement la vitesse spatiale des gaz à l'inté rieur de la cornue à proximité de sa.
partie supérieure, ce qui se traduit par des pertes excessives de matière par entraînement dans l'agent de fluidisation évacué.
Les cornues destinées à travailler à haute température sont, en principe, similaires aux cornues à basse température, sauf qu'il est. nécessaire de prévoir des agencements parti culiers imposés par la nature des matériaux clé construction qui doivent être utilisés pour résister aux hautes températures rencontrées.
lEn conséquence, il convient de construire les cornues à haute température (dont les parois latérales assurant la, transmission de la cha leur sont généralément faites en carbure de Silicium ou en une matière très réfractaire similaire et très bonne conductrice de la cha leur), de façon qu'il soit possible d'utiliser des brûleurs appropriés et des carneaux cor respondants combinés avec les parois latérales de chaque cornue. Les fig. 13 et 14 représen tent un agencement approprié, qui montre également les principales différences de cons truction entre les cornues à haute température et les cornues à basse température précédem- ment décrites.
On voit sur les fig. 13 et 14 que la cor nue proprement dite comprend les parois la- iérales 60, le dessus 61 et le fond 62, ces pa rois étant agencées pour former un couloir étroit relativement profond, divisé horizonta lement par la, membrane 63 en un comparti ment à gaz 64 et une chambre de fluidisation 65. La matière à traiter est introduite dans la chambre de fluidisation par le conduit adduc teur 66 et sort de cette chambre par le con duit clé départ 67. Les détails du fonctionne ment pour l'introduction et l'évacuation de la matière sont les mêmes que pour la cornue à basse température que montre la fig. 1.
De part et d'autre de la cornue sont disposées des chambres de combustion comprenant, par exemple, les brûleurs 68 alimentés à partir de collecteurs 69, eux-mêmes alimentés par des conduits 70. On a constaté que le type de brû leur représenté convient dans beaucoup de cas, mais il est également possible d'utiliser d'autres brûleurs capables de produire une flamme ayant la température nécessaire. L'air de combustion arrive coaxialement avec le combustible par l'espace annulaire 71 entre le conduit extérieur et le conduit intérieur 'l2 amenant le combustible. L'air et le combusti ble sont, de préférence, préchauffés.
Les brû leurs 68 sont, montés dans la chambre 73, gui remplit la fonction de chambre de combustion et qui est délimitée par les parois latérales 7 4 et 75 et par des prolongements du dessus 61 , et du fond 6<B>2</B> de la cornue. Des écrans 76. 77. 78, 79, ménageant alternativement des passa ges inférieurs et supérieurs, sont disposés dans la chambre de combustion pour obliger les produits de combustion chauds à suivre un parcours sinueux indiqué par les flèches, avant d'être évacués par le conduit 80 dans le collecteur de gaz chauds 81.
Les gaz qai cir culent dans le conduit collecteur 81 sont en core très chauds et. peuvent servir au chauf fage des cornues à basse température ou à température moyenne du type représenté sur la fig. 1. Des conduits adducteurs appropriés 82 fournissent l'agent de fluidisation dans le compartiment à gaz 64 suivant un débit dé terminé, et cet agent de fluidisation est éva cué au sommet de la. chambre de fludisation par les cheminées 83.
Pour simplifier le dessin, les parois de l'appareil représenté sur les fig. 13 et 14 sont , indiquées schématiquement, étant donné que leur structure réelle est usuelle. Il est néces saire de choisir les matériaux en tenant compte de la haute température de la cornue qui peut atteindre 1040 C à l'extrémité de sortie. D'une façon générale, l'enveloppe exté rieure formant les parois 74, 75, le dessus 61 et le fond 62 est établie en briques réfractai- . res, et est renforcée par une armature appro priée, tandis que les parois de transmission 1 de la chaleur 60 de la cornue sont. faites en mratière réfractaire très bonne conductrice de la chaleur, telle que le carbure de silicium ou une matière analogue.
La longueur de l'appa reil peut être modifiée en fonction de l'opéra tion à mettre en #uvre, le facteur détermi nant, à ce point de vue, étant la conductivité thermique des parois conductrices 60. En par tant des données thermiques connues, il est facile de calculer le nombre de calories qui doivent être transmises à la matière en voie de traitement pour effectuer l'opération en visagée, et ce nombre peut être rapporté à la vitesse horizontale de la couche afin de déter miner la quantité de chaleur par minute de vant passer à travers les parois conductrices 60.
Pour l'établissement d'une cornue (le ce genre, on choisit généralement, d'une façon arbitraire, la vitesse spatiale de l'agent de fhuidisation et le débit d'alimentation en ma tière fraîche de la, couche fluidisée (qui dé termine la vitesse d'écoulement horizontal de cette couche), de faon à obtenir les condi tions produisant la, fluidisation idéale de la couche. On détermine ensuite la longueur du couloir en fonction de la quantité de chaleur qui doit être apportée pour effectuer l'opéra tion désirée. Toutefois, après la mise en mar che d'une cellule, la chaleur transmise par unité de volume de la. matière de la couche pendant son cheminement à travers l'appareil peut être réglée en changeant le débit d'ali mentation en matière fraîche dans la cornue, ce qui entraîne une modification de la vitesse horizontale de la couche.
Les cornues à haute température peuvent être montées côte à côte en batterie avec une chambre de combustion commune entre deux cornues adjacentes. Si on le désire, on peut également superposer les cornues en modi fiant convenablement leur structure.
Le fonctionnement pratique aussi bien des cornues à haute température que des cornues à basse température précédemment décrites dépend du maintien d'une couche fluidisée de matière avancant d'une manière continue dans une direction horizontale, dont la lar geur est comprise entre 150 et 900 mm, et dont la profondeur est sensiblement supé- rieure à la largeur.
Cependant, pour obtenir des résultats optimum, et étant donné qu'il est indiqué, dans un appareil de ce genre, de maintenir une vitesse de cheminement, Hori zontal de la couche supérieure à 0,06 r/min., et qu'il fait tenir compte du fait que la vi tesse de cheminement de la couche doit être d'autant plus faible due sa largeur est plus grande à cause de la capacité limitée de trans mission de la chaleur à travers les parois la térales de l'appareil, il est préférable de choi sir la largeur de la couche entre 300 et 600 mm environ.
Les largeurs inférieures à 150 mm donneraient naissance à des phéno mènes de surface non désirée ayant tendance à contrarier l'uniformité du traitement, tan dis que des largeurs supérieures à 900 mm provoqueraient des conditions inégales au sein de la couche fluidisée, par suite de cou rants transversaux et parasites troublant le cheminement général de la matière. Mais le principal facteur qui s'oppose à l'utilisation de largeurs des couches supérieures à 900 mm est le mode de transmission particulier de la chaleur dans la manière fluidisée.
Jusqu'à une distance d'environ 300 mm à partir de la paroi de chauffage, on petit admettre que la transmission de la chaleur à. la matière flui- disée a, lieu instantanément. Aux distances supérieures interviennent des facteurs impré visibles.
On a. constaté que, si la couche fhii- disée est confinée entre deux parois de chauf fage séparées par une distance allant. jusqu'à 900 mm, on petit pratiquement admettre que la chaleur est transmise d'une manière sensi blement, instantanée dans toutes les parties de la, couche, tandis qu'un écartement plus grand des parois de chauffage introduit rapidement des erreurs importantes dans les calculs de transmission de la chaleur.
Le facteur fon damental sur lequel est. basée la présente invention est donc la déeoirverte que, si la largeur de la couche fluidisée est maintenue entre 1.50 et 900 min, la transmission de la chaleur à cette couche, par des parois condue- trices verticales la maintenant. sur les deux côtés longitudinaux; opposés, petit avoir lieu d'une manière très efficace.
Dans certains cas, il petut être indiqué d'augmenter la quantité de chaleur transmise à la matière à travers les parois conductrices 60 par le montage d'un ou de plusieurs brû leurs au sein de la couche fluidisée, par exem ple, de la manière indiquée sur la fig. 14A, l'orifice du brûleur débouchant juste au-des sus du niveau du diaphragme 63. Un agence ment de ce genre peut être avantageux pour le traitement d'une matière à grains relative ment gros dans la partie supérieure des li mites des grosseurs de grains pouvant être fluidisées efficacement.
Pour ces matièress à gros grains, la transmission instantanée de la chaleur à la couche de matière fluidisée, peut être contrariée d'ans une certaine mesure par le fait que la chaleur exige un laps de temps mesurable pour pénétrer à travers la sur face de chaque particule au sein de celle-ci, ce laps de temps dépendant naturellement de la conductivité thermique de la matière en voie de traitement. Cependant, il est préféra ble de ne pas introduire de brûleurs dans la couche fluidisée, sauf lorsqu'elle est formée de gros grains, parce qu'il en résulte une per turbation de la, fluidisation dans la partie correspondante de la couche, et une augmen tation importante des pertes par entraîne ment.
Les brûleurs à contact, direct présen tent l'inconvénient. d'exiger un combustible de haute qualité pour éviter la contamina tion de la. matière par les produits de com- bustion.
Les cornues à haute température et les cornues à basse température précédemment décrites peuvent être groupées en une instal lation de manières diverses et agencées pour tenir compte des caractéristiques thermiques de la matière à traiter. .Lors de cet agence- ment de l'installation, il est naturellement indiqué. autant qu'on le juge avantageux, d'apporter la chaleur à la matière cheminant dans l'appareil en fonction de ses besoins de chaleur entre des limites particulières de tem pérature.
Par exemple, il peut être nécessaire d'au-menter la quantité de chaleur fournie à la matière dans les zones de températures dans lesquelles se produisent des réactions endothermiques ou des modifications de struc ture dans la matière, tandis qu'on pourra fournir une quantité de chaleur moins impor tante dans les limites de température entre lesquelles se produisent des réactions exother miques ou des changements de structure de la matière.
Dans l'installation suivant l'in vention, l'adaptation en vue de modifier les apports de chaleur aux diverses températures est facile à effectuer par un agencement des diverses cornues tel que les températures extrêmes, entre lesquelles se produit une ab sorption ou un dégagement de chaleur par la matière, se rencontrent dans une seule cor nue, la vitesse du cheminement horizontal de la couche à l'intérieur de cette cornue étant alors réglée de Tacon que la matière ne sé journe dans la cornue que pendant la. durée exigée par l'absorption de la chaleur néces saire.
A titre d'exemple, supposons que la ma tière doit absorber, à la température A, qua tre fois autant de chaleur qu'à la tempéra tore B; il sera alors indiqué d'utiliser deux cornues parallèles pour traiter la matière à. la température A et de les faire débiter dans une cornue commune ayant les mêmes dimen sions, et dans laquelle la matière est ensuite traitée à la température B.
De cette ma nière, la vitesse horizontale de la. matière dans les deux. cornues fonctionnant à la tem pérature A est égale à la moitié de la vitesse de la matière dans la cornue portée à la. tem pérature B. Etant donné que les parois con ductrices de la chaleur des deux cornues pré sentent une surface 'deux fois supérieure à celle des parois de la cornue commune, la ma tière à la température A absorbe environ quatre fois autant de chaleur que la. matière portée à la température B.
Avec un agence ment fondé sur ce principe, il est possible dë construire une installation permettant un ré glage très précis de la chaleur fournie à la matière à chaque phase du traitement thermi que, et la quantité de chaleur apportée à une température donnée quelconque peut corres pondre aux besoins de chaleur requis par la matière à cette température. Pour l'agencement des cornues suivant le principe précité, il est nécessaire d'utiliser un dispositif quelconque pour distribuer, de façon uniforme, la matière sortant d'un cer tain nombre de cornues dans l'extrémité d'en trée d'un nombre différent d'autres cornues. A cet effet, on utilise des couloirs distribu teurs dont un exemple est représenté sur les fig. 15 et 16.
Celles-ci montrent. un agencement suivant lequel la, matière sortant de deux cor nues est distribuée uniformément dans l'ex trémité d'entrée de quatre autres cornues.
On voit sur ces fig. 15 et 16 que les cor nues 90 et 91 débouchent dans la paroi laté rale 92 d'un couloir 93, qui est en tous points similaire aux cornues elles-mêmes, sauf qu'il n'est pas nécessaire d'y chauffer la matière. Les parois latérales 92, 94, 95, 96 ne sont donc pas conductrices de la chaleur, mais elles sont, de préférence, calorifugées pour empê cher les pertes de chaleur.
Les cornues 97, 98, 99 et 100 sont toutes raccordées à l'autre paroi latérale du couloir 93 et communiquant avec celui-ci par les ou vertures au-dessous des écrans à passage infé rieur 101, 102, 103 et par l'ouverture située au-dessus de l'écran à passage supérieur 104.
Etant donné que toute la matière que con tient le couloir distributeur 93 est fluidisée, la matière pénétrant par l'extrémité de sortie des cornues 90 et 91 se distribue d'elle- même uniformément d'un bout à l'autre du couloir, et cette matière, passe par-dessous les écrans 101, 102, 103 dans les cornues 97, 98, 99 et par-dessus l'écran 104 dans la cornue 100. Il est toujours préférable de raccorder une cornue au couloir distributeur par un écran à passage supérieur pour empêcher la surcharge du couloir distributeur dans le cas d'une arrivée brusque d'un excès de matière à la suite d'une inattention des opérateurs surveillant l'installation.
Un agencement similaire à celui que mon trent les fig. 15 et 16 peut être utilisé pour distribuer uniformément la matière sortant d'un grand nombre de cornues dans l'extré mité d'entrée d'un plus petit nombre de cor nues. Ces couloirs distributeurs donnent à l'installation une grande souplesse en ce qui concerne sa capacité. Le débit d'un couloir quelconque est limité par sa section transver sale et par la vitesse du cheminement hori zontal de la matière qui doit être maintenue en vue de la transmission de la quantité appropriée de chaleur à cette matière.
Toute fois, en utilisant des groupes de cornues mon tées en parallèle, et en agençant les liffé- rentes cornues de la manière précédemment décrite, on peut construire une installation d'une capacité désirée quelconque en modi fiant simplement le nombre total des cornue branchées en parallèle.
Lorsqu'il ne se produit aucun dégagement de gaz pendant le chauffage de la matière clans des limites particulières de températu res, il peut être indiqué d'utiliser des cornue verticales en combinaison avec des cornues horizontales.
Les fig. 17 et 18 montrent ceux exem ples de cornues verticales utilisables. Ces cor nues verticales sont essentiellement consti tuées par des cylindres verticaux creux 110, en métal réfractaire avec des parois relative ment minces. Le diamètre des cornues est dé terminé par les mêmes considérations que la largeur des cornues horizontales, il doit donc être compris entre 150 et 900 mm.
La matière est introduite dans la cornue de la fig. 1 î par -Lin conduit vertical adduc teur 111 qui débouche dans une trémie 112 raccordée latéralement à la. cornue. Le ond <B>113</B> de la trémie 112 est incliné et forme avec l'horizontale un angle supérieur à l'angle du talus d'éboulement de la. matière à traiter, de sorte que cette matière descend par gravité dans le cylindre vertical 110. On voit que cet agencement pour l'alimentation de la cornue correspond à celui utilisé pour la. cornue hori zontale représentée sur la fig. 1.
Dans la cornue que montre la 18, la matière pénètre dans la. cornue, d'ulie ma nière qui correspond à celle représentée sur la fig. 7, par un tube vertical 111 coaxial au cy lindre 110 et ce tube descend dans la cornue jusqu'en un point situé au-dessous de la sur face de la couche fluidisée à. l'intérieur de la cornue. Pour empêcher la formation de poches d'air à l'intérieur du tube d'alimentation 114, un déflecteur conique 115 est placé au-dessous et directement en regard de l'orifice de sortie du tube 114.
Ce déflecteur est maintenu cr place à proximité de l'extrémrité du tube par quatre bras espacés 116 fixés à la surface inté rieure de la paroi du cylindre 110.
Dans les deux cornues, une membrane horizontale 117 est montée à proximité du fond pour ménager un compartiment à gaz dans lequel arrive, par un conduit adducteur 119, un courant réglé d'un agent de fluidisa- tion. La matière sort de la cornue par des conduits 120 inclinés, s'ouvrant dans la cor nue juste au-dessus des membranes 117.
Le niveau de colonne de matière fluidisée à l'intérieur des cornues verticales est main tenu constant à une hauteur désirée par des conduits de trop-plein 121, tandis que l'agent de fluidisation s'échappe au sommet des cor nues par des conduits 122 après avoir tra versé les parties évasées 123, qui réduisent sa vitesse et permettent à la majeure partie des fines particules de se déposer après avoir été entraînées à la surface de la couche 124. L'installation que montrent les fig. 20-24 comprend des cornues verticales du type re présenté sur la fig. 17.
Dans la description qui précède, il est tou jours question de diaphragme poreux que l'agent de fluidisation traverse pour pénétrer dans la matière à traiter. Quoiqu'il soit possi ble d'utiliser un diaphragme quelconque quelconque ayant une porosité suffisante, qui soit réfrac taire et présente une bonne résistance méca nique, il est particulièrement avantageux, dans les cornues horizontales, d'utiliser un diaphragme opposant au passage de l'agent de fluidisation une résistance appréciable, parce que cette résistance se traduit par une fluidisation plus uniforme et permet égale ment un réglage plus exact.
En conséquence, il est généralement préférable d'établir en sandwich les diaphragmes des cornues à basse et à moyenne température, de la manière in diquée sur la fig. 19. On voit sur cette figure qu'une toile d'amiante 125 est maintenue entre deux toiles métalliques ou tôles perfo rées 126 et 127. Pour les cornues à haute température, les diaphragmes sont naturelle ment faits en matière réfractaire poreuse, de la, manière précédemment indiquée.
On peut réaliser une économie importante de chaleur dans une installation conforme à l'invention, pour la. calcination, si on l'agence de façon à combiner l'espace du foyer avec celui d'un générateur de vapeur. Une telle disposition est représentée sur les fig. 20 à 24. Dans cette installation, on a supposé que -la calcinatron comprend rne phase ele déshy- dratation à environ 200 C. exigeant environ 65 % de la chaleur théorique totale, et une phase d'activation superficielle entraînant un changement endothermique à environ 550 C. Sur les fig. 20-24, la matière est introduite par gravité dans l'installation par le conduit de descente 130 qui débouche dans le couloir distributeur horizontal 131.
Dans ce couloir, la matière est fluidisée par un agent de flui- disation traversant de bas en haut le dia phragme 132. Le couloir est divisé longitudi nalement en un compartiment de répartition 133 et un compartiment de distribution 134 par un écran longitudinal 135 à passage infé rieur.
La matière passe du conduit 130 dans le compartiment de répartition 133 où elle se répartit d'elle-même uniformément d'un bout à l'autre du couloir 131, passe ensuite soirs l'écran 135 dans le compartiment de distri bution 134, et descend par les conduits à seuil de trop-plein 136 qui servent à alimen ter la première rangée. de cornues à basse température 137. Après avoir traversé la, ran gée de cornues 137, la matière descend par les conduits à seuil de trop-plein 138 qui ser vent à alimenter la deuxième rangée de cor nues à basse température 139, similaire à la rangée des cornues 137. La déshydratation a lieu pendant le passage de la matière dans les deux rangées de cornues 137 et 139.
Cette matière descend ensuite par les conduits à seuil de trop-plein 140 dans le couloir de dis tribution 141, qui la distribue uniformément dans la, troisième rangée de cornues horizon tales 142 dans laquelle elle est chauffée de 200 C environ à 550 C environ, sans qu'il se produise de modification de structure ou de composition. En sortant de la troisième rangée de cornues 142, la matière descend par les conduits à seuil de trop-plein 143, dans le couloir distributeur 144 en forme de U qui la distribue uniformément dans les trois rangées de cornues verticales 145 dans les quelles a. lieu le chauffage final. La matière sortant de ces cornues passe clans le couloir collecteur 146 en forme de U et sort finale ment de l'appareil de calcination par les con duits inclinés 147 et 148.
Les cornues verticales 145 forment une paroi tout autour de la zone de rayonnement de la chambre de combustion 149 an centre du four. On utilise, dans ce cas, du charbon pulvérisé et les cendres sont recueillies dans la fosse 150. Pour plus de clarté, les détails du foyer n'ont pas été représentés sur la fig. 20. Ce foyer est un foyer usuel eompor- tant un brûleur à charbon pulvérisé, bien connu dans la technique.
La fig. 20 ne montre également pas les tuyauteries de distribution de l'agent de flui- disation aux différentes chambres de fluidi- sation, ni les dispositifs collecteurs de l'agent de fluidisation au sommet des différentes chambres de fluidisation. Ces dispositifs sont respectivement représentés sur les fig. 21 et 22. Si on utilise l'air comme agent de fluidi- sation dans l'installation, cet air peut être distribué par une tuyauterie à air comprimé de la manière indiquée par le schéma de principe que montre la fig. 21.
L'air com primé arrivant par le conduit adducteur principal 151 est distribué séparément aux différents niveaux de l'installation par une série de conduits dans chacun desquels sont intercalés un appareil de mesure 152 (un orifice doseur ou un débitmètre) et un robi net de réglage 153. Tous les appareils de me sure 152 et 153 peuvent être avantageusement montés sur un tableau de commande placé en un point approprié à proximité de l'installa tion.
Ainsi qu'il a été représenté schématique ment, l'agent de fluidisation destiné au cou loir distributeur 131 passe par le conduit à air 154A1; l'agent de fluidisation, destiné à la première rangée des cornues à basse tem pérature l37, arrive par le conduit à air 155; l'agent de fluidisation, destiné à la deuxième rangée de cornues à basse tempéra ture 139, arrive par le conduit à air 156. Le couloir distributeur 111 est alimenté par le conduit 157; la troisième rangée de cornues 142 est alimentée par le conduit 158; le cou loir distributeur 144 en forme de U est ali menté par le conduit 139. Le couloir collec teur 154 à seuil de départ est alimenté pas le conduist 160. Les cornes verticales 145 sonet alimentées par les conduits 161, 161a et 161b.
Les deux derniers de ces conduits alimentent les cornues de compensation (décrites phus loin), enfin, le couloir collecteur 146 est ali menté par le conduit 162. Comme on l'a re présenté schématiquement, les différents con duits pénètrent dans l'appareil aux niveaux de température correspondant d'une faon générale à la température de la matière qui doit être fluidisée par le fluide arrivant par ces conduits. L'air qui circule dans les con duits peut donc être chauffé préalablement d'une quantité appropriée avant de pénétrer dans les chambres (le fluidisation.
La fig. 22 montre un a;encement de con duits collecteurs de l'agent de fluidisation sortant des parties supérieures des différentes chambres de fluidisation. Cet agencement comprend un grand collecteur 163 clans lequel les gaz sortant au sommet des chambres de fluidisation sont amenés comme suit:
en par tant du couloir collecteur 146 par les collec teurs secondaires 161, en partant. des cornacs verticales 145 et du couloir distributeur 1-14 en forme de<B>U</B> par les collecteurs secondaires 165, en partant de la. rangée des cornues 112 par les collecteurs secondaires 166, en partant du couloir distributeur 111 par les collecteurs secondaires 167, en partant de la rangée de cornues 139 par les collecteurs secondaires 168, en partant de la rangée de cornues 137 par les collecteurs secondaires 169, et enfin en partant.
du couloir distributeur 131 par les collecteurs secondaires 170. On voit. que la section du grand collecteur 163 augmente progressivement au fur et à mesure de l'ac croissement du volume de gaz qu'il reçoit.
Le grand collecteur 163 pett être avanta geusement monté à l'extérieur de l'installa tion, les collecteurs secondaires pénétrant alors dans l'installation par les parois en bout pour se raccorder d'une manière appropriée aux sommets des différentes chambres de flui- disation. Le gaz qui est finalement évacué de l'installation par le grand collecteur 163 est encore très chaud, il peut donc être indi qué, après l'avoir dépoussiéré, d'en recycler au moins une partie comme agent (le fluidisa- tion dans le conduit distributeur 151, ou de récupérer d'une autre manière la chaleur sen sible du gaz, par exemple, en l'utilisant comme air préchauffé de combustion dans le foyer.
Une particularité de l'agencement repré senté les cornues verticales est l'utilisation du couloir collecteur 154 à seuil de trop-plein. Ce couloir est coudé en<B>U,</B> ainsi que le montre la fig. 23. Toutes les cornues verticales 145, à l'exception de deux, évacuent leur trop-plein dans ce couloir par les conduits 171. Les deux autres cornues 145A, qui sont situées aux c xtrémités des branches du U, sont des cor nues de compensation. Celles-ci sont en tous points semblables aux cornues verticales 145, mais au lieu d'être alimentées par le couloir distributeur 144, elles sont alimentées par le couloir de trop-plein 154 par les conduits 172.
L'ensemble de l'installation qui vient < l'être décrite offre l'avantage fondamental de pouvoir être combiné avec un générateur de vapeur d'eau utilisant le même foyer et le même combustible à la fois pour la calcina tion et pour la, production de vapeur. Sans entrer dans les détails de l'agencement réel, qui est courant, on voit que l'utilisation de parois à circulation d'eau pour le revêtement des parois non actives du foyer, l'utilisation (le supports refroidis par l'eau pour les dif férentes cornues et pour le maintien des tubes du foyer dans la zone de rayonnement de la chambre de combustion 149, de la manière indiquée en 173, assurent la récupération de la totalité de la chaleur sensible provenant de la combustion du combustible et qui n'est pas évacuée de l'installation avec la matière cal cinée,
ni avec les gaz de fluidisation usés, ni avec les gaz de combustion. Si l'on se rappelle qu'une grande partie de la chaleur sensible du produit calciné chaud peut être récupé rée sous une foime utilisable en faisant pas ser ces produits dans un couloir de refroi dissement du type décrit, dans le brevet déjà cité, et que la chaleur des gaz de fluidisation usés peut. être récupérée dans une large me sure en utilisant ces gaz comme air de com bustion préalablement. chauffé, on comprend qu'il soit possible d'obtenir un rendement. thermique extrêmement élevé.
Les fig. 25, 26 et 27 montrent un autre schéma d'installation qui peut servir à la cal cination de matières jusqu'à une température finale supérieure à 1000 C. Ce schéma est basé sur l'hypothèse que la matière à calciner est un hydroxyde métallique finement. divisé exigeant à peu, près 50 /o de la.
chaleur totale entre 250 et 350 C environ, et à peu près 25 /o entre 550 et 1000 C environ, la, calci nation devant être poussée jusqu'à 1000 C pour obtenir Lin changement de la, structure réticulaire de l'oxyde avec un léger effet exo thermique à 1000 Co Dans cette installation, la circulation de la, matière qu'on peut suivre facilement sur la fig. 26 est la suivante: la, matière entre par le conduit de descente 175 dans le couloir distributeur 176 qui la distribue dans Lune rangée de cornues horizontales 177 fonction nant entre 250 et 350 C.
La circulation de la matière dans les cornues de la rangée 177 est lente, grâce à l'utilisation d'un nombre relativement important de cornues montées en parallèle. En sortant des cornues 177, la matière passe dans -un deuxième couloir dis tributeur 178 qui la. divise en huit courants cheminant dans une deuxième rangée de huit cornues 179. Etant donné que la, quantité de chaleur nécessaire au groupe fonctionnant entre 350 et 550 C est beaucoup moins impor tante que dans la rangée de cornues 177, dans laquelle a, lieu une déshydratation endother mique, il convient de faire cheminer la ma- tière phus rapidement en vue d'absorber moins de chaleur entre ces températures.
Le produit de la rangée 179 est recueilli dans le couloir distributeur 180 qui divise la matière en cinq courants passant dans une rangée de cinq cornues profondes à haute température 161. Dans celles-ci, le produit est porté jus qu'à 1000 C avec l'aide de la chaleur exother mique dégagée par la transformation s'effec tuant dans cet étage. Les cornues à haute température de la rangée 181 débouchent clans le couloir collecteur 182 qui débouche à son tour dans un appareil de refroidissement (non représenté) dans lequel environ 30 % de la chaleur totale nécessaire à la calcination- peuvent être récupérés sous la forme de va peur de traitement.
L'agent de fluidisation utilisé dans cette installation est formé par les produits de la combustion d'un combustible gazeux dans les chambres de chauffage préalable 188 et 189. Les cornues à haute température 181 sont ali mentées par les conduits distributeurs 190 et les canaux 191 débouchant dans les comparti ments à gaz respectifs. Les rangées des cor nues 179 et 177 ainsi que le couloir distribu teur 176 sont alimentés en agent de fluidisa- tion par des conduits (non représentés) par tant des chambres de chauffage préalable 188 et 189.
Deux tuyauteries sont prévues pour re cueillir le gaz de fluidisation sortant des chambres de fluidisation. La première tuyau terie comprenant les conduits 192, 193, 194, 195, 196 et 197 recueille le gaz sortant des cornues 188 et 179, qui n'est pas chargé d'hu midité et contient de la poussière du produit déjà déshydraté. L'autre tuyauterie compre nant les conduits 198, 199 et 200 recueille les gaz chargés d'humidité sortant de la rangée des cornues 177 ainsi que de la poussière de la matière traitée.
Dans cet exemple, on a supposé que le combustible est constitué par un gaz de faible pouvoir calorifique. La combustion a lieu dans les foyers 201 avec de l'air très chaud provenant des chambres de récupération 188. Le chauffage a lieu par contact direct des parois 202 très bonnes conductrices de la cha leur des cornues. Les gaz de combustion chauds se détendent ensuite clans les cham bres 203 et 204 de la partie centrale, dans la quelle ils baignent les cornues à température moyenne 179 jusqu'à ce qu'ils arrivent dans les canaux étroits 205 entre les cornues de la rangée supérieure 177. Il en résulte un ralen tissement de la, vitesse générale de circula tion des gaz de combustion, ce qui favorise l'échange de chaleur entre les gaz et les cor nues.
Les gaz de combustion quittent l'appa reil de calcination par la cheminée 206 L'installation suivant- l'invention se prête au traitement de toutes les matières solides finement divisées fluidisa.bles. Par finement. divisée , on entend ordinairement une poudre dont les particules traversent le tamis 24 (U. S. Standard) et, de préférence, le tamis 65.
Pour être fltridisa.ble, la matière, au cours du traitement, ne doit pas présenter de ten dance à former des agglomérats de structure spéciale, qu'on appelle parfois des gels aéro- thixotropiques, ni à. s'agglomérer en for mant des gâteaux ou des elinkers.- La, classe des matières solides se laissant avantageusement traiter dans l'installation suivant l'invention est très vaste et englobe les minerais métalliques finement pulvérisés, les queues de flottation, les oxydes métalli ques purs, les pigments minéraux, des argiles et autres minéraux.
Les installations formées de batteries de cornues à basse température peuvent servir avantageusement pour calciner le kaolin, l'alumine activée, la bauxite, la terre à fou lon, les pigments de fer jaunes et bruns, et divers hydroxydes métalliques.
Les installations formées de batteries de cornues à haute température peuvent servir avantageusement pour calciner l'alumine nor male, l'oxyde,de titane, des pigments de .fer foncés, les minerais carbonatés et sulfurés, pour ne citer que quelques exemples.
De plus, Pa.ppareil peut, être utilisé pour effectuer une grande variété de processus in dustriels mettant, en oeuvre des réactions chi miques entre solides et gaz, et des réactions chimiques entre matières solides. Ces réac tions comprennent par exemple la calcination du coke de pétrole, le traitement du semi- coke, la ehloruration, la, fluoruration, etc.