MC1557A1 - Procede et appareil pour bruler un combustible a bas pouvoir calorifique - Google Patents

Description

PROCEDE ET APPAREIL POUR BRULER UN COMBUSTIBLE A BAS POUVOIR CALORIFIQUE

La présente invention se rapporte à un procédé pour brûler un combustible granuleux â bas pouvoir calorifique, suivant lequel

- on utilise une chambre de combustion dont le fond est constitué d'une plaque perforée,

- on crée dans cette chambre une température nécessaire à la combustion du combustible avec de l'air préchauffé,

- on Injecte le combustible dans cette chambre et on fait passer un courant ascendant d'air préchauffé â travers la plaque perforée de façon à mettre et à maintenir le combustible en état de fluidisation en brûlant ainsi le combustible et en produisant ainsi des cendres chaudes, et en maintenant ainsi la température susdite au sein du combustible en fluidisation,

- on laisse s'écouler par gravité les cendres chaudes â travers au moins un orifice ménagé dans la plaque perforée, lesquelles cendres chaudes quittent ainsi la chambre de combustion, et

- on utilise la chaleur des cendres chaudes évacuées de la chambre de combustion pour chauffer de l'air et l'on fait passer l'air ainsi préchauffé à travers la plaque perforée.

Le combustible granuleux à bas pouvoir calorifique peut être un rejet de lavoir-triage de charbonnages (schistes) ou un combustible analogue dont la teneur en cendres dépasse régulièrement 80 % et peut même atteindre 86 % : le pouvoir calorifique d'un tel combustible sur matières sèches est de l'ordre de 3.200 Kjoules/kilo.

Un procédé tel que défini ci-dessus est décrit dans le brevet zaïrois n° 5927. Dans ce procédé connu, on récupère la chaleur des cendres évacuées de la chambre de combustion en les faisant avancer sur un système de transporteurs inclinés à coussins d'air (air slides) montés en

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zigzag l'un au-dessus de l'autre, ce système fonctionnant comme êchangeur de chaleur. On permet aux cendres chaudes qui s'écoulent à travers l'orifice susdit de former un tas sur l'extrémité supérieure du système susdit et on règle l'écoulement des cendres â travers l'orifice, par le débit d'air injecté dans les coussins. Il a été trouvé par la Demanderesse que cette façon d'opérer ne permet pas d'assurer un écoulement régulier des cendres à travers l'orifice. Elle a constaté souvent une vidange brusque du contenu de la chambre de combustion dans le système de transport, c'est-à-dire dans l'échangeur de chaleur, qui a subi de sérieux dommages. Un autre inconvénient réside dans le fait que les cendres chaudes qui contiennent encore des particules dont la combustion n'est pas achevée, et qui sont dans la partie supérieure de l'échangeur de chaleur en contact avec de l'air préchauffé venant de la partie inférieure de cet êchangeur achèvent leur combustion hors de la chambre de combustion oû elles étaient maintenues à l'état de fluidisation : les particules chaudes étant alors en contact les unes avec les autres à la température de combustion, atteignent de ce chef leur point de frittage et forment des agglomérés perturbant le fonctionnement de l'échangeur.

Un premier but de la présente invention est de fournir un procédé tel que défini ci-dessus, qui assure un écoulement régulier et bien contrôlé des cendres chaudes â travers l'orifice susdit.

Un second but est de parachever la combustion en évitant la formation d'agglomérés.

Le procédé selon la présenté invention est caractérisé en ce qu'on règle l'écoulement des cendres chaudes à travers l'orifice susdit par des moyens mécaniques et que l'on fait passer les cendres chaudes évacuées de

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la chambre de combustion par une chambre de post-combustion, dont le fond est constitué d'une plaque perforée â travers laquelle on fait passer un courant ascendant d'air de façon à créer un lit fluidisê de cendres chaudes, en achevant ainsi la combustion des cendres et en produisant de l'air préchauffé que l'on fait passer à travers la plaque perforée de la chambre de combustion.

La présente invention se rapporte également à un appareil pour brûler un combustible granuleux à bas pouvoir calorifique, comprenant

- une chambre de combustion dont le fond est constitué d'une plaque perforée,

- des moyens pour injecter le combustible dans la chambre de combustion,

- des moyens pour faire passer un courant ascendant d'air préchauffé à travers la plaque perforée de façon à créer dans la chambre de combustion un lit fluidisê de combustible et de cendres chaudes résultant de la combustion, '

- des moyens pour évacuer par gravité de la chambre de combustion des cendres chaudes, ces moyens comprenant au moins un orifice ménagé dans la plaque perforée à travers lequel s'écoulent ces cendres chaudes, et

- des moyens pour chauffer de l'air à l'aide de la chaleur des cendres.

Un tel appareil est décrit dans le brevet zaïrois 5927 susdit, mais ne permet pas de réaliser le procédé de l'invention défini ci-dessus.

L'appareil selon l'invention qui permet de réaliser le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend

- des moyens mécaniques pour régler l'écoulement des cendres chaudes à travers l'orifice susdit,

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- une chambre de post-combustion pour les cendres chaudes évacuées de la chambre de combustion, le fond de cette chambre de post-combustion étant constitué d'une plaque perforée, et

- des moyens pour faire passer un courant ascendant d'air â travers la plaque perforée de la chambre de post-combustion de façon à créer dans cette chambre un lit fluidisê de cendres chaudes.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront d'un mode de réalisation du procédé et de l'appareil selon l'invention, donné ci-après â titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins schématiques annexés.

La figure 1 est une coupe verticale â travers un premier mode de réalisation de l'appareil selon l'invention.

La figure 2 est une coupe verticale à travers un deuxième mode de réalisation de l'appareil selon l'invention.

Dans les deux figures les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.

Dans la figure 1, 1 représente l'enceinte de la chambre de combustion, 2 la grille de répartition d'air, 3 la masse en fluidisation, 4 l'orifice dans la paroi latérale de la chambre 1, par lequel le combustible est introduit, 5 la sortie des fumées vers l'utilisation des gaz chauds (four de séchage, chaudière à vapeur sous pression, etc...). Sous la grille 2 un extracteur mécanique a été placé. A titre exeraplatif, la figure prévoit un extracteur alvéolaire dont le stator 6 est directement fixé à la grille 2, et le rotor 7 monté sur un axe creux refroidi par exemple par circulation d'eau, règle par sa rotation l'écoulement des particules 3 travers l'orifice 8 prévu dans la grille 2 et fait tomber

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ces particules dans la chambre de post-combustion 9 située sous la chambre 1. Bien entendu tout autre type d'extracteur mécanique qui assurerait la même fonction que l'extracteur alvéolaire peut être utilisé.

La chambre de post-combustion 9 de section sensiblement plus faible que celle de la chambre 1 possède une grille de répartition d'air 10 alimentée en air sous pression par une conduite reliée à une conduite générale de distribution d'air sous pression ou à un ventilateur par la vanne 11.

La vitesse de rotation de l'extracteur alvéolaire est variable et réglée de façon à maintenir constante la pression sous la grille de fluidisation 2 du 1er lit 3. En effet, la quantité de combustible admise par unité de temps, et pour un débit d'air donné, dans le lit de combustion en fluidisation 3 peut varier, car le combustible y alimenté par 4 peut présenter des fluctuations soit de granulométrie, soit d'humidité, soit de pouvoir calorifique sur matière sèche.

La quantité de cendres, qui, sans extraction hors du lit, s'y accumulerait inévitablement, est donc variable, et pour maintenir la pression d'air de refoulement à une valeur constante, optimale pour le procédé, il y a lieu de pouvoir faire varier le rythme d'extraction.

A la sortie 12 de la chambre de post-combustion 9, les cendres passent dans une colonne verticale 13 puis sur une série de plateaux légèrement inclinés dont deux sont représentés en 14 et 15 sur la figure 1. Ces plateaux légèrement inclinés sont munis de perforations, alimentées en air sous pression par les boites 16 et 17 raccordées au ventilateur ou à la conduite générale de distribution d'air sous pression par les vannes 18 et 19. Il est à noter que la sortie 12 de la chambre 9, a une

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longueur égale à celle de la chambre. Elle se présente donc sous la forme d'un long rectangle dont la largeur est visible sur la figure.

Les cendres passent d'un plateau incliné au suivant ou au dispositif final d'évacuation via les colonnes verticales 20 et 21 et enfin aboutissent via la vis 22, actionnée par un groupe moto variateur réducteur, ou un moteur à vitesse variable 23, soit au tas 24 formé sur le sol 25 où une pelleteuse peut venir le reprendre, ou soit dans un silo non représenté sur la figure.

Le fonctionnement de ce dispositif de refroidissement à plateaux inclinés a été longuement décrit dans le brevet zaïrois précité. Rappelons simplement ici qu'il s'agit comme les transporteurs sur coussins d'air (air slides). Alimenté par des cendres d'abord extraites mécaniquement de la chambre de combustion et refroidies partiellement par fluidisation à l'air dans la chambre de post-combustion comme expliqué plus loin, ce dispositif de refroidissement final des cendres fonctionne parfaitement.

Un autre dispositif de refroidissement final des cendres est montré à la figure 2.

Les trois colonnes verticales 13, 20 et 21 de la figure 1 y sont remplacées par une seule colonne 26 enserrée entre 2 parois verticales 27 et 28 ayant sensiblement la même longueur que le second lit de fluidisation 9, et situées à relativement faible distance l'une à l'autre.

L'air de refroidissement prélevé via la vanne 19 sur la conduite générale ou au ventilateur, dont question plus haut est guidé vers des

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tuyères ou fentes inférieures 29 (de gauche par exemple) de la colonne 26 et s'échappe par des tuyères ou fentes 30 (de droite), les tuyères

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ou fentes 29 et 30 se faisant vis-à-vis. L'air préchauffé ne peut s'échapper que par des tuyères ou fentes 31, traverser à nouveau la matière à refroidir dans la colonne 26 et aboutir via des tuyères ou fentes 32 dans l'enceinte fermée 33 sous la grille de fluidisation 2.

Les tuyères ou les fentes dont sont munies les parois 27 et 28 sont inclinées vers le bas, de façon à ne pas permettre à la matière d'écouler verticalement vers le bas de la colonne 26 sous l'action de la vis transporteuse 22, de pénétrer dans l'enceinte sous pression 33, se trouvant sous la grille de fluidisation 2.

A la figure 2 deux passages (gauche vers droite puis droite vers gauche à un niveau supérieur à celui du 1er passage) sont représentés, mais bien entendu on peut en réaliser plus si le rapport quantité d'air de refroidissement/chaleur à extraire des cendres sortant du 2me lit, 1'exige.

De même d'ailleurs on peut multiplier le nombre d'ouvertures 8 dans la plaque perforée. De cette façon, on peut augmenter aisément la capacité de l'installation en multipliant le nombre d'ouvertures dans la plaque perforée de la chambre de combustion, chaque ouverture étant associée à un dispositif mécanique, mais plusieurs dispositifs mécaniques d'extraction pouvant être actionnés par un même organe de commande.

Il serait en effet difficile d'imaginer qu'une seule ouverture dans la plaque perforée de la chambre de combustion puisse assurer l'évacuation des cendres produites par une chambre de combustion de grande dimension car l'ouverture serait alors fort éloignée de certains zones de la surface et d'un autre côté, le lit fluidisê de la chambre de postcombustion 9 qui devrait pouvoir traiter dans ce cas la totalité des

cendres chaudes d'une grande chambre de combustion serait alimenté par extracteur mécanique unique d'une façon fort peu rationnelle.

La solution réalisée par la présente invention permet, en associant à chaque ouverture un extracteur mécanique, de répartir judicieusement les ouvertures dans la plaque perforée 2 de façon à répartir les points d'extraction sur la surface horizontale de la plaque perforée, et assurer l'alimentation correcte de la chambre de post-combustion 9.

Pour assurer un fonctionnement correct de la chambre de post-combustion, il est évident qu'il faut utiliser un rapport entre les quantités d'air et cendres différent de celui de la chambre de combustion. La chambre de post-combustion sera donc de section sensiblement plus petite puisque les particules qui y seront amenées ont déjà subi la plus grande partie de leur combustion dans la chambre 1.

La chambre de post-combustion a une double fonction : permettre que les particules imbrûlées de la chambre de combustion puissent achever de brûler, mais aussi ramener la température des cendres qui vont être admises dans l'échangeur de chaleur situé immédiatement sous la chambre 9, à un niveau tel qu'elles ne puissent plus adhérer les uns aux autres lorsqu'elles se trouvent en contact dans une des colonnes pleines de matières du dit êchangeur. L'abaissement de température à réaliser est lié à la nature des cendres, il doit en général être tel que la température dans la chambre 9 soit au moins 200° en dessous de celle qui règne dans la chambre 1.

Un combustible du genre indiqué ne peut évidemment entrer en combustion que s'il est porté à une température légèrement supérieure à la température à laquelle la combustion spontanée peut se faire, tout comme du charbon utilisé dans un foyer domestique. Dans ce cas on utilise du

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papier pour allumer le bois dont la combustion va amener le charbon chargé à son point d'auto-combustion. La combustion du charbon peut théoriquement se maintenir indéfiniment à la condition d'alimenter régulièrement le foyer en combustibles et de le débarasser des cendres.

Ainsi également dans le cas d'une chambre de combustion à lit fluidisê pour schistes houillers on doit amener la masse en fluidisation à la température à laquelle la combustion des schistes commencera (+ 800 -825°C suivant leur origine), ceci se faisant au départ d'un combustible étranger. Deux techniques peuvent être utilisées pour cette opération : 1°) sur la plaque perforée de répartition, on amène une couche de matière inerte froide, au dessus de cette couche on met en service un brûleur à gaz ou à fuel, la combustion de ce combustible étranger va par rayonnement de la flamme et convection des fumées chauffer la couche de matière inerte. Puis lorsque celle-ci atteint une température suffisante, on admet de l'air sous pression sous la plaque perforée en quantité suffisante que pour mettre la masse préchauffée en fluidisation tout en continuant à introduire du gaz ou du fuel. Dès que cette fluidisation est établie et que la masse qui fluidisê est homogène à la température où le combustible final peut brûler spontanément, celui-ci est introduit dans la chambre de combustion, et le brûleur à gaz ou fuel mis hors service.

2°) Une mince couche de charbon de bois est répandue sur la plaque perforée et on provoque son allumage. On admet un très léger débit d'air sous la plaque perforée de façon à maintenir la combustion du charbon de bois, et on répand sur la couche mince en combustion ainsi constituée une masse déterminée de matière inerte comme dans la

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solution 1 ci-dessus : on force alors le débit d'air sous la plaque perforée à un niveau tel qu'il mette la masse de produits inertes en fluidisation, le charbon de bois fluidisê simultanément et continue à brûler amenant la masse â la température où un autre combustible, comme des fines de charbon gras, peut brûler. Puis lorsque les 800 -825°C sont atteints, on peut couper toute alimentation de combustible étranger et admettre les schistes dont la combustion est alors autogène. L'opération ci-dessus décrite se fait uniquement au démarrage à froid d'un fluidiseur.

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Claims (12)

REVENDICATIONS

1) Procédé pour brûler un combustible granuleux à bas pouvoir calorifique, suivant lequel

- on utilise une chambre de combustion dont le fond est constitué d'une plaque perforée,

- on crée dans cette chambre une température nécessaire à la combustion du combustible avec de l'air préchauffé,

- on injecte le combustible dans cette chambre et on fait passer un courant ascendant d'air préchauffé à travers la plaque perforée de façon à mettre et à maintenir le combustible en état de fluidisation en brûlant ainsi le combustible et en produisant ainsi des cendres chaudes, et en maintenant ainsi la température susdite au sein du combustible en fluidisation,

l

- on laisse s'écouler les cendres chaudes à travers au moins un orifice ménagé dans la plaque perforée, lesquelles cendres chaudes quittent ainsi la chambre de combustion, et

- on utilise la chaleur des cendres chaudes évacuées de la chambre de combustion pour chauffer de l'air et l'on fait passer l'air ainsi préchauffé à travers la plaque perforée,

ce procédé étant caractérisé en ce qu'on règle l'écoulement des cendres chaudes à travers l'orifice susdit par des moyens mécaniques et on fait passer les cendres chaudes évacuées de la chambre de combustion par une chambre de post-combustion, dont le fond est constitué d'une plaque perforée à travers laquelle on fait passer un courant ascendant d'air de façon à créer un lit fluidisê de cendres chaudes, en achevant ainsi la combustion des cendres et en produisant ainsi de l'air préchauffé que

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l'on fait passer â travers la plaque perforée de la chambre de combustion.

2) Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise dans la chambre de post-combustion un rapport entre les quantités d'air et de cendres tel que, tout en achevant la combustion des cendres, la température de celles-ci soit abaissée, en dessous de leur point de collage.

3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on abaisse la température dans la chambre de post-combustion à au moins 200°C en-dessous de celle qui règne dans la chambre de combustion.

4) Procédé selon un des revendications 1-3, caractérisé en ce qu'on utilise comme moyens mécaniques d'extraction et de réglage un tambour alvéolaire a roue à palettes dont l'axe commandant la rotation de la roue est creux et refroidi par circulation d'eau et dont l'enveloppe extérieure fixe est refroidi au contact avec l'air de combustion.

5) Procédé selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on fait passer les cendres qui ont séjourné dans la chambre de post-combustion dans un êchangeur de chaleur où la chaleur qu'elles contiennent encore est cédée à au moins une fraction de l'air de combustion introduit dans cet êchangeur â une température très proche de la température ambiante.

6) Procédé selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on interpose entre la chambre de combustion et la chambre de postcombustion, plusieurs extracteurs mécaniques fonctionnant en parallèle, chacun de ces extracteurs étant placé sous une ouverture de la plaque perforée de la chambre de combustion.

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7) Procédé selon une des revendications 116, caractérisé en ce qu'on règle l'écoulement des cendres chaudes à travers l'orifice susdit en fonction de la pression régnant en dessous de la plaque perforée de la chambre de combustion.

8) Appareil pour brûler un combustible granuleux à très bas pouvoir calorifique, comprenant

- une chambre de combustion dont le fond est constitué d'une plaque perforée,

- des moyens pour injecter le combustible dans la chambre de combustion,

- des moyens pour faire passer un courant ascendant d'air préchauffé à travers la plaque perforée de façon â créer dans la chambre de combustion un lit fluidisê de combustible et de cendres chaudes résultant de la combustion,

- des moyens pour évacuer de la chambre de combustion des cendres chaudes, ces moyens comprenant au moins un orifice ménagé dans la plaque perforée à travers lequel s'écoulent ces cendres chaudes, et

- des moyens pour chauffer de l'air à l'aide des cendres chaudes évacuées de la chambre de combustion,

cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend

- des moyens mécaniques pour régler l'écoulement des cendres chaudes à travers l'orifice susdit,

- une chambre de post-combustion pour les cendres chaudes évacuées de la chambre de combustion, le fond de cette chambre de post-combustion étant constitué d'une plaque perforée, et

- des moyens pour faire passer un courant ascendant d'air à travers la plaque perforée de la chambre de post-combustion de façon à créer dans

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cette chambre un lit fluidisê de cendres chaudes.

9) Appareil selon la revendication 8 caractérisé en ce que les moyens mécaniques susdits comprennent un tambour alvéolaire à roue à palettes, dont l'axe commandant la rotation de la roue est creux et adapté à être refroidi par circulation d'eau, et dont l'enveloppe extérieure fixe est adaptée â être refroidie au contact de l'air de combustion.

10) Appareil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un êchangeur de chaleur adapté â extraire la chaleur contenue dans les cendres évacuées de la chambre de post-combustion.

11) Appareil selon une des revendications 8 ou 10 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mesurer la pression régnant sous la plaque perforée de la chambre de combustion, et des moyens pour faire agir ces moyens de mesure sur les moyens mécaniques de réglage susdits.

12) Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur se présente sous la forme d'un caisson vertical à section horizontale rectangulaire allongée, les 2 grandes faces de ce caisson présentant des orifices d'admission d'air sur une des faces, et de sortie d'air préchauffé sur la face opposée, la circulation d'air pouvant comporter plusieurs passages successifs, en alternant le sens "gauche droite" ou "droite gauche" de circulation de l'air, la sortie du premier passage étant relié à l'entrée du second et ainsi de suite.