EP0142388A1 - Gazéificateur de charbon en lit fluidisé sous une haute pression - Google Patents

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EP0142388A1
EP0142388A1 EP84401717A EP84401717A EP0142388A1 EP 0142388 A1 EP0142388 A1 EP 0142388A1 EP 84401717 A EP84401717 A EP 84401717A EP 84401717 A EP84401717 A EP 84401717A EP 0142388 A1 EP0142388 A1 EP 0142388A1
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chamber
grid
gasifier according
bed
casing
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Jacques Dutu
Paul Cosar
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Fives Cail Babcock SA
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Fives Cail Babcock SA
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Publication date
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    • C10J2300/1628—Ash post-treatment

Definitions

  • the present invention relates to the production of combustible gas from coal subjected to high pressure fluidization.
  • a solid fuel boiler installation is already known, with two stages, the first of which is designed in the form of a fluidized bed gasifier.
  • Such an installation is described in French patent application No. 81/22 023 filed on November 25, 1981 in the name of the applicant company.
  • the structure of this installation does not allow its use at high pressures, 30 bars for example, the walls of the gasification chamber not being designed to withstand such pressures.
  • the main object of the invention is to provide a simple and safe solution to this problem.
  • a coal gasifier with a fluidized bed, under high pressure comprising a gasification chamber placed inside an envelope capable of withstanding said pressure, the bottom of said chamber being constituted by a grid allowing the establishment of a fluidized bed in said chamber, characterized in that the gasification chamber is constituted by the main chamber of a reactor of the type allowing the establishment of a deep main bed and a shallow auxiliary bed and comprising an inclined movable mechanical grid, the lower part of the grid on which the main bed is established constituting the bottom of the gasification chamber, while the upper part of the grid on which the auxiliary bed is established is located in space formed between the envelope and the chamber, and in that means are provided for maintaining the two beds in hydrostatic equilibrium.
  • the envelope comprises supply means for the blowing gas and for the coal to be gasified, and means for evacuating the agglomerates and the combustible gas produced.
  • the gasification chamber is formed by vertical tubular walls of a boiler, said walls being covered with refractory linings, except over the height of the agglomeration zone, immediately above the grid.
  • the envelope further comprises means for supplying water to the tubes of the walls, and means for discharging the water-vapor emulsion produced.
  • the means for supplying blowing gas comprise a pipe for supplying a mixture of water vapor and oxygen.
  • a secondary steam supply is provided at the lower part of the gasification chamber.
  • the coal supply means comprise a conventional feeder and a supply airlock, both external to the envelope, said airlock communicating with the gasification chamber by a pipe and a screw conveyor, internal to the envelope.
  • the means for evacuating the agglomerates comprise, inside the envelope, a water cooling capacity connected to a crusher, the latter being connected, through the wall of the lower part of the envelope, to a exit airlock.
  • the means for evacuating the produced combustible gas comprise a tube connected to the upper part of the casing, connected to the upper part of the gasification chamber, and cooled by tubes.
  • the boiler provides some or all of the supply water vapor and steam for the secondary supply.
  • the grid is supported, on the one hand, by the supply tubes of the boiler, on the other hand, by tie rods via the tubular walls suspended from said tie rods.
  • the means provided for maintaining the hydrostatic balance between the gasification bed and the auxiliary bed include a pressure regulator capable of comparing the pressures in the upper part of the ga + deification chamber and in the space between said chamber and the envelope, and a valve placed on the outlet pipe of the combustible gas produced, said valve being slaved to an exit order issued by said regulator.
  • the reference 1 designates the casing of the gasifier which is designed to withstand high pressures of the order of 30 bars and possibly more.
  • This generally cylindrical envelope, vertically elongated, has two distinct parts.
  • the lower part 1 a has a substantially larger diameter than the upper part 1 b which coaxially overcomes it.
  • a gasifier device with a fluidized bed, with a movable mechanical grid of the type operating with agglomeration of ash, of the model known under the name of IGNIFLUID.
  • the reference 2 designates the grid which is constituted by the upper strand of an endless chain 3.
  • the grid 2 is inclined upwards from the front to the rear in the direction of movement of said grid.
  • a vertical gasification chamber 4 of rectangular section is formed by vertical tubular walls 6 of the boiler. These walls are covered with refractory linings 5. These coatings extend upwards to a level significantly higher than the level N of the fluidized bed contained in the chamber 4.
  • the lower part of the latter is devoid of refractory lining so to promote the agglomeration of ash in the area just above the grid 2.
  • the latter is housed in the lower part 1a of the envelope 1, while the chamber 4, of vertically elongated shape, extends both inside parts 1 a and 1 b.
  • the chamber 4 is connected to a pipe 7 for the outlet of the combustible gas produced.
  • the coal is introduced into the chamber 4 by means of a conventional feeder 8 which, via an airlock 9 communicates with the interior of the casing 1, by a vertical tube 10.
  • This tube feeds a conveyor to screw 11, also inside the envelope 1 in which it is arranged horizontally.
  • the free end of said conveyor passes through the front wall of the chamber 4 in order to pour the coal in grains inside said chamber.
  • the level of the coal supply is located at the bottom of part 1b of the envelope, below the level N of the fluidized bed.
  • Fluidization occurs under the action of a blowing gas which passes through the grid 2.
  • This gas essentially consisting of a mixture of water vapor and oxygen, is introduced at the base of the lower part 1a of the casing 1 by a tube 12.
  • the entire interior volume of the casing 1 surrounding the chamber 4 is at the pressure of this gas, 30 bars for example.
  • the upper part of the chamber 4 is brought to a lower pressure, taking into account the pressure drop of the fluidized bed.
  • a secondary steam supply is ensured by a tube 13 in the lower part of the chamber 4 located in the part 1a of the casing 1, substantially below the lower end of the refractory linings 5.
  • This secondary supply makes it possible to cool the bed above the level of said secondary supply and promote the phenomenon of agglomeration of ash at the base of chamber 4.
  • an auxiliary fluidized bed L is established above the grid 2, adjacent to the chamber 4. Given the slope of the grid 2, this auxiliary bed is very low in relation to the level N of the main gasification bed that bedroom 4.
  • the two beds are put in hydrostatic equilibrium with each other thanks to a disposition which will be described later.
  • the agglomerates are extracted under the same conditions as those described in French Patent No. 2 261 051.
  • Grid 2 causes the agglomerates to pass from the deep main bed of chamber 4 to the auxiliary bed L shallow from where they are extracted through the free surface of the auxiliary bed L.
  • agglomerates are discharged into a tank 14 where they are cooled with water, then pass through a crusher 15 and are then evacuated by an airlock 16.
  • the tank 14 and the crusher 15 are arranged inside the casing 1 , at the lower end of the latter, while the airlock 16 is external to the envelope 1.
  • Another airlock 17, also disposed outside of the envelope 1 and at the lower end thereof ensures the evacuation of the coal particles which could have possibly crossed the grid 2.
  • a pressure regulator 25 is provided capable of comparing the pressures at the top of the chamber 4, and in the space between said chamber and the envelope 1.
  • the regulator is connected to said chamber and to said space.
  • a valve 26 placed on the tubing 7 is slaved to an output order issued by the regulator 25.
  • Tubing 20 arranged at the top of the envelope 1 receives the emulsion of water and steam formed. A fraction of this emulsion is divided to ensure a certain cooling of the pipe 7 for the outlet of the combustible gas produced.
  • the tubing 7 is preceded by an enlargement 21 which constitutes a housing for cooling tubes 23.
  • An expansion bellows 22 compensates for the displacements of the tubing 7.
  • tubes 19 advantageously support at their lower part the frame of the grid 2.
  • tie rods 24 fixed to the top of the casing 1 support the tubular walls 6 arranged in the longitudinal direction of the grid 2, said walls also support the frame of said grid at their lower ends.
  • the boiler which has just been described, part or all of the production of the steam injected into the casing 1 by the pipe 12 and of the steam injected by the pipe 13 into the chamber 4 are ensured.
  • the complement is supplied by a recovery boiler of any known shape, located downstream of the gas outlet.

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Abstract

Gazéificateur de charbon à lit fluidisé sous haute pression comprenant une chambre de gazéification (4) placée à l'intérieur d'une enveloppe (1) résistant à la pression, le fond de ladite chambre étant constitué par une grille (2) permettant l'établissement d'un lit fluidisé. En vue d'une réalisation simple et d'un fonctionnement sûr, la chambre (4) est constituée par la chambre principale d'un réacteur du type permettant l'établissement d'un lit principal profond et d'un lit auxiliaire peu profond et comportant une grille mécanique mobile inclinée (2), la partie inférieure de la grille (2) sur laquelle s'établit le lit principal constituant le fond de la chambre (4) tandis que la partie supérieure de la grille (2) sur laquelle s'établit le lit auxiliaire, en équilibre hydrostatique avec le lit principal, est situé dans l'espace ménagé entre l'enveloppe (1) et la chambre (4).

Description

  • La présente invention concerne la production de gaz combustible à partir de charbon soumis à une fluidisation à haute pression.
  • On connait déjà une installation de chaudière à combustible solide, à deux étages dont le premier est conçu sous la forme d'un gazéificateur à lit fluidisé. Une telle installation est décrite dans la demande de brevet français n° 81/22 023 déposée le 25 novembre 1981 au nom de la société demanderesse.
  • La structure de cette installation n'autorise pas son utilisation à des pressions élevées, 30 bars par exemple, les parois de la chambre de gazéification n'étant pas prévues pour résister à de telles pressions.
  • L'invention a surtout pour but d'apporter une solution simple et sûre à ce problème.
  • Elle a plus précisément pour objet un gazéificateur de charbon à lit fluidisé, sous haute pression, comprenant une chambre de gazéification placée à l'intérieur d'une enveloppe apte à résister à ladite pression, le fond de ladite chambre étant constitué par une grille permettant l'établissement d'un lit fluidisé dans ladite chambre, caractérisé en ce que la chambre de gazéification est constituée par la chambre principale d'un réacteur du type permettant l'établissement d'un lit principal profond et d'un lit auxiliaire peu profond et comportant une grille mécanique mobile inclinée, la partie inférieure de la grille sur laquelle s'établit le lit principal constituant le fond de la chambre de gazéification, tandis que la partie supérieure de la grille sur laquelle s'établit le lit auxiliaire est située dans l'espace ménagé entre l'enveloppe et la chambre, et en ce que des moyens sont prévus pour maintenir les deux lits en équilibre hydrostatique.
  • L'enveloppe comporte des moyens d'alimentation pour le gaz de soufflage et pour le charbon à gazéifier, et des moyens d'évacuation des agglomérats et du gaz combustible produits.
  • La chambre de gazéification est formée par des parois tubulaires verticales de chaudière, lesdites parois étant recouvertes de revêtements réfractaires, sauf sur la hauteur de la zone d'agglomération, immédiatement au-dessus de la grille.
  • L'enveloppe comporte en outre des moyens d'alimentation en eau des tubes des parois, et des moyens d'évacuation de l'émulsion eau-vapeur produite.
  • Les moyens d'alimentation en gaz de soufflage comprennent une tubulure d'amenée d'un mélange de vapeur d'eau et d'oxygène.
  • Il est prévu une alimentation secondaire de vapeur à la-partie inférieure de la chambre de gazéification.
  • Les moyens d'alimentation en charbon comprennent un alimentateur usuel et un sas d'alimentation, tous deux extérieurs à l'enveloppe, ledit sas communiquant avec la chambre de gazéification par une tubulure et un transporteur à vis, intérieurs à l'enveloppe.
  • Les moyens d'évacuation des agglomérats comprennent, à l'intérieur de l'enveloppe une capacité de refroidissement à l'eau reliée à un broyeur, ce dernier étant relié, à travers la paroi de la partie inférieure de l'enveloppe, à un sas de sortie.
  • Les moyens d'évacuation du gaz combustible produit comprennent une tubulure branchée sur la partie supérieure de l'enveloppe, raccordée à la partie supérieure de la chambre de gazéification, et refroidie par des tubes.
  • La chaudière fournit une partie ou la totalité de la vapeur d'eau de soufflage et de la vapeur pour l'alimentation secondaire.
  • La grille est supportée, d'une part, par les tubes d'alimentation de la chaudière, d'autre part, par des tirants par l'intermédiaire des parois tubulaires suspendues aux dits tirants.
  • Les moyens prévus pour maintenir l'équilibre hydrostatique entre le lit de gazéification et le lit auxiliaire, comprennent un régulateur de pression apte à comparer les pressions dans la partie supérieure de la chambre de ga+ déification et dans l'espace compris entre ladite chambre et l'enveloppe, et une vanne placée sur la tubulure de sortie du gaz combustible produit, ladite vanne étant asservie à un ordre de sortie délivré par ledit régulateur.
  • L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif.
    • La figure 1 est une vue en coupe-élévation du gazéificateur, suivant la direction longitudinale de sa grille.
    • La figure 2 en est une vue en coupe horizontale suivant la ligne A-A de la figure 1.
    • La figure 3 en est une autre vue en coupe-élévation, suivant la direction transversale de sa grille.
  • Sur les figures, le repère 1 désigne l'enveloppe du gazéificateur qui est prévue pour résister à des pressions élevées de l'ordre de 30 bars et éventuellement davantage. Cette enveloppe de forme générale cylindrique, verticalement allongée, présente deux parties distinctes. La partie inférieure 1 a a un diamètre sensiblement plus grand que la partie supérieure 1 b qui la surmonte coaxialement.
  • A l'intérieur de l'enveloppe 1 est aménagé un dispositif gazéificateur à lit fluidsé, à grille mécanique mobile du type fonctionnant avec agglomération de cendres, du modèle connu sous le nom de IGNIFLUID.
  • Le repère 2 désigne la grille qui est constituée par le brin supérieur d'une chaine sans fin 3. La grille 2 est inclinée vers le haut de l'avant vers l'arrière suivant le sens de déplacement de ladite grille.
  • Au-dessus de la grille 2 est aménagée une chambre verticale de gazéification 4 de section rectangulaire. Cette chambre est formée par des parois tubulaires verticales 6 de chaudière. Ces parois sont recouvertes de revêtements réfractaires 5. Ces revêtements s'étendent versle haut jusqu'à un niveau nettement supérieur au niveau N du lit fluidisé contenu dans la chambre 4. Par contre, la partie inférieure de cette dernière est dépourvue de revêtement réfractaire afin de favoriser l'agglomération des cendres dans la zone située juste au-dessus de la grille 2. Cette dernière est logée dans la partie inférieure 1 a de l'enveloppe 1, tandis que la chambre 4, de forme verticalement allongée, s'étend à la fois à l'intérieur des parties 1 a et 1 b. A son extrémité supérieure, la chambre 4 est raccordée à une tubulure 7 de sortie du gaz combustible produit.
  • Le charbon est introduit dans la chambre 4 au moyen d'un alimentateur usuel 8 qui, par l'intermédiaire d'un sas 9 communique avec l'intérieur de l'enveloppe 1, par un tube vertical 10. Ce tube alimente un transporteur à vis 11,également intérieur à l'enveloppe 1 dans laquelle il est disposé horizontalement. L'extrémité libre dudit transporteur traverse la paroi avant de la chambre 4 pour déverser le charbon en grains à l'intérieur de ladite chambre. Le niveau de l'alimentation en charbon est situé vers le bas de la partie 1 b de l'enveloppe, au-dessous du niveau N du lit fluidisé.
  • La fluidisation se produit sous l'action d'un gaz de soufflage qui traverse la grille 2. Ce gaz, essentiellement constitué par un mélange de vapeur d'eau et d'oxygène, est introduit à la base de la partie inférieure 1 a de l'enveloppe 1 par une tubulure 12. Tout le volume intérieur de l'enveloppe 1 entourant la chambre 4, se trouve à la pression de ce gaz, 30 bars par exemple. La partie supérieure de la chambre 4 se frouve à une pression inférieure, compte tenu de la perte de charge du lit fluidisé.
  • Une arrivée secondaire de vapeur est assurée par un tube 13 dans la partie inférieure de la chambre 4 située dans la partie 1 a de l'enveloppe 1, sensiblement au-dessous de l'extrémité inférieure des revêtements réfractaires 5. Cette alimentation secondaire permet de refroidir le lit au-dessus du niveau de ladite alimentation secondaire et de favoriser le phénomène d'agglomération des cendres à la base de la chambre 4.
  • Pour extraire les agglomérats, on établit au-dessus de la grille 2 un lit fluidisé auxiliaire L, adjacent à la chambre 4. Compte tenu de la pente de la grille 2, ce lit auxiliaire est d'une hauteur très faible par rapport au niveau N du lit principal de gazéification ce la chambre 4. Les deux lits sont mis en équilibre hydrostatique l'un avec l'autre grâce à une disposition qui sera décrite plus loin. L'extraction des agglomérats s'effectue dans les mêmes conditions que celles décrites dans le brevet français n° 2 261 051. La grille 2 fait passer les agglomérats du lit principal profond de la chambre 4 au lit auxiliaire L peu profond d'où ils sont extraits à travers la surface libre du lit auxiliaire L.
  • Ces agglomérats sont déversés dans une capacité 14 où ils sont refroidis à l'eau, puis passent par un broyeur 15 et sont ensuite évacués par un sas 16. La capacité 14 et le broyeur 15 sont aménagés à l'intérieur de l'enveloppe 1 , à l'extrémité inférieure de celle-ci, tandis que le sas 16 est extérieur à l'enveloppe 1. Un autre sas 17, également disposé à l'extérieur de l'enveloppe 1 et à l'extrémité inférieure de celle-ci, assure l'évacuation des particules de charbon qui auraient pu traverser éventuellement la grille 2.
  • En ce qui concerne l'établissement et le maintien d'un équilibre hydrostatique entre les deux lits, on peut utiliser tout moyen de régulation approprié. Dans le cas de l'exemple illustré, on a prévu un régulateur de pression 25 apte à comparer les pressions à la partie supérieure de la chambre 4, et dans l'espace compris entre ladite chambre et l'enveloppe 1. A cet effet, le régulateur est relié à ladite chambre et audit espace. Une vanne 26 placée sur la tubulure 7 est asservie à un ordre de sortie délivré par le régulateur 25.
  • On va maintenant décrire la chaudière formée avec les tubes des parois tubulaires 6 et préciser le rôle de cette chaudière.
  • Deux arrivées d'eau 18, issues des réservoirs d'eau (non- représentés) de la chaudière, viennent se raccorder à l'extrémité supérieure de l'enveloppe 1. Ces arrivées 18 sont avantageusement munies de manchons thermiques. Un tube vertical 19 situé dans le prolongement de chaque arrivée 18 traverse l'enveloppe 1 pour amener l'eau dans les tubes des parois tubulaires 6, à la partie inférieure de celles-ci. Une tubulure 20 aménagée au sommet de l'enveloppe 1 reçoit l'émulsion d'eau et de vapeur formée. Une fraction de cette émulsion est divisée pour assurer un certain refroidissement de la tubulure 7 de sortie du gaz combustible produit. A cet effet, la tubulure 7 est précédée d'un élargissement 21 qui constitue un logement pour des tubes de refroidissement 23. Un soufflet de dilatation 22 compense les déplacements de la tubulure 7.
  • On notera que les tubes 19 supportent avantageusement à leur partie inférieure le bâti de la grille 2. Par ailleurs, des tirants 24 fixés au sommet de l'enveloppe 1 supportent les parois tubulaires 6 disposées suivant le sens longitudinal de la grille 2, lesdites parois supportent également le bâti de ladite grille à leurs extrémités inférieures.
  • Grâce à la chaudière que l'on vient de décrire, on assure une partie ou la totalité de la production de la vapeur injectée dans l'enveloppe 1 par la tubulure 12 et de la vapeur injectée par le tube 13 dans la chambre 4. Dans le cas où seulement une partie ce la vapeur nécessaire est produite par la chaudière le complément est fourni par une chaudière de récupération d'une forme connue quelconque, située à l'aval de la sortie des gaz.
  • Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée et que des modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine.
  • On pourra notamment remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent.
  • L'invention couvre donc, outre l'exemple décrit, ses différentes variantes de réalisation possibles dans les limites définies par les revendications.

Claims (12)

1. Gazéificateur de charbon à lit fluidisé, sous haute pression, comprenant une chambre de gazéification (4) placée à l'intérieur deune enveloppe (1) apte à résister à ladite pression, le fond de ladite chambre étant constitué par une grille (2) permettant l'établissement d'un lit fluidisé dans ladite chambre, caractérisé en ce que la chambre de gazéification (4) est constituée par la chambre principale d'un réacteur du type permettant l'établissement d'un lit principal profond et d'un lit auxiliaire peu profond et comportant une grille mécanique mobile inclinée, la partie inférieure de la grille (2) sur laquelle s'établit le lit principal constituant le fond de la chambre de gazéification (4) tandis que la partie supérieure de la grille (2) sur laquelle s'établit le lit auxiliaire est située dans l'espace ménagé entre l'enveloppe (1) et la chambre (4), et en ce que des moyens sont prévus pour maintenir les deux lits en équilibre hydrostatique.
2. Gazéificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) comporte des moyens d'alimentation pour le gaz de soufflage et pour le charbon à gazéifier, et des moyens d'évacuation des agglomérats et du gaz combustible produits.
3. Gazéificateur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre de gazéification (4) est formée par des parois tubulaires verticales (6) de chaudière, lesdites parois étant recouvertes de revêtements réfractaires (5), sauf sur la hauteur de la zone d'agglomération, immédiatement au-dessus de la grille (2).
4. Gazéificateur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (1) comporte des moyens d'alimentation en eau des tubes des parois (6) et des moyens d'évacuation de l'émulsion eau-vapeur produite.
5. Gazéificateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en gaz de soufflage comprennent une tubulure (12) d'amenée d'un mélange de vapeur d'eau et d'oxygène.
6. Gazéificateur suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu une alimentation secondaire de vapeur (13) à la partie inférieure de la chambre de gazéification.
7. Gazéificateur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en charbon comprennent un alimentateur usuel (8) et un sas d'alimentation (9), tous deux extérieurs à l'enveloppe (1), ledit sas communiquant avec la chambre de gazéification (4) par une tubulure (10) et un transporteur à vis (11), intérieurs à l'enveloppe.
8. Gazéificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation des agglomérats comprennent, à l'intérieur de l'enveloppe, une capacité de refroidissement à l'eau (14) reliée à un broyeur (15), ce dernier étant relié, à travers la paroi de la partie inférieure de l'enveloppe (1) à un sas de sortie (16).
9. Gazéificateur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens d'évacuation du gaz combustible produit comprennent une tubulure (7) branchée sur la partie supérieure de l'enveloppe (1), reliée à la partie supérieure de la chambre de gazéification (4) et refroidie par des tubes (23).
10. Gazéificateur suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la chaudière fournit une partie ou la totalité de la vapeur d'eau de soufflage et de la vapeur pour l'alimentation secondaire.
11. Gazéificateur suivant l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la grille M) est supportée, d'une part, par les tubes (19) d'alimentation de la chaudière, d'autre part, par des tirants (24) par l'intermédiaire de parois tubulaires (6) suspendues auxdits tirants.
12. Gazéificateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens prévus pour maintenir ledit équilibre hydrostatique comprennent un régulateur de pression (25) apte à comparer les pressions à la partie supérieure delà chambre (4) et dans l'espace compris entre ladite chambre et l'enveloppe (1), et une vanne (26) placée sur la sortie du gaz combustible produit, ladite vanne étant asservie à un ordre de sortie délivré par ledit régulateur.
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