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Perfectionnements apportés à la combustion de matières carbonées et appareil utilisé dans ce but.
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L'invention est relative à la combustion de combustible carbone et aux appareils utilisés dans ce but.
La présente invention comprend un nouveau mode de combus- tion de combustible carbone qui consiste essentiellement à former une couche ou lit de combustible , à en allumer la surface extérieure, et à faire passer un courant de gaz oomburant sur cette couche ou lit de combustible , le sens de ce courant étant dirigé vers le point où le combus- tible est admis sur cette couche ou lit. On doit avoir soin d'empêcher l'écoulement de ce gaz comburant à travers la couche ou lit de combustible. Le courant de gaz combu- rant entraîne avec lui des produits extrêmement chauds de la combustion, balayant ces gaz chauds sur le combustible frais entrant dans la chambre de combustion, de sorte que ce combustible frais se gonfle ou se dilate , et de- vient extrêmement réactif..
Plusieurs types d'appareils
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pour la réalisation de ce mode de combustion sont représentés dans le dessin annexé.
Le dessin et la description qui suit indiquent en détail un mécanisme suivant l'invention, les moyens décrits et représentés ne constituant toutefois qu'une des diverses formes mécaniques d'application du principe de l'invention.
Dans le dessin :
La fig. 1 est une coupe verticale d'un type d'appareil pour la réalisation du nouveau mode de combus- tion.
La fig. 2 est une coupe analogue d'une différente forme d'appareil.
La fig. 3 est une coupe analogue d'une forme d'appareil ne différant que légèrement de celle montrée fig. 2.
La fig. 4 est une coupe verticale faite par l'appareil représenté fig; 2 suivant un plan perpendiculaire à celui de la fig. 2.
La fig. 5 est une coupe verticale faite par une autre variante.
La fig. 6 est une coupe transversale faite par l'appareil représenté fig. 5.
La fig. 7 est une coupe verticale faite par un autre type d'appareil pour la réalisation du présent mode de combustion.
La fig. 8 est une coupe transversale faite par l'appareil de la fig. 7.
Dans la mise en oeuvre de l'invention, du charbon ou autre combustible carboné est économiquement transformé en gaz de combustible qui peut être immédiatement utilisé ou être emmagasiné pour un usage ultérieur. Un des avantages
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du présent procédé consiste en oe qu'il convient particu- lièrement pour la combustion de fines. Un autre avantage de oe procédé consiste en ce fait qu'un appareil de dimen- sion raisonnable peut produire de très grands volumes de gaz pour la production de vapeur, le fonctionnement de fours Siemens-Martin, la fusion du verre et autres opéra- tions analogues.
On sait que les appareils utilisés pour la combus- tion de combustible n'ont pas progressé avec les besoins actuels de la production de chaleur et d'énergie. Par exem- ple, il existe actuellement des générateurs électriques dont la puissance va jusqu'à 165.000 kw. Ces générateurs nont pas des dimensions excessives, mais les installations de chaudières pour des générateurs électriques de ce genre ont des dimensions par trop grandes. Une installation telle que celle représentée fig.l , ayant un diamètre de 15 mètres à la base, peut traiter 720 tonnes de charbon par jour et donner un débit de gaz, transformé en énergie, de 60.000kw.
En se reportant au dessin, et plus particulièrement à la fig.l , on voit que le générateur de gaz comprend une base 10 portant un dôme 11, en principe hémisphérique, comportant sur sa surface intérieure une paroi 12,en matière réfléchissant la chaleur, disposée de façon que la surface intérieure du foyer ait en principe une forme tronconique. L'intérieur du foyer est relie par plusieurs conduits d'évacuation 13 s'étendant radialement à un tube annulaire 14 d'évacuation de gaz entourant le corps du foyer proprement dit. Les conduits 13 sont séparés par des arches 15 qui, comme on le verra plus loin, servent également d'é- léments de retenue pour la masse de combustible contenue dans le foyer.
La base ou fond 16 du conduit d'évacuation 14
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est incline vers le bas à partir de la position représenté* est jusqu'à un niveau qui es principe celui de la surface supérieure de la base 10 en un point éloigné d'environ 180 de celui représenté, augmentant ainsi la seation transver- sale du conduit 14 suivant le nombre de conduita 13 dâbou- chant dans ce dernier ; il est entendu que la cheminée d'évacuation est située au point où la section transversale du conduit 14 est la plus grande.
Un conduit de distribution 17 est destiné à recevoir du combustible par son extrémité supérieure ou- verte et l'extrémité inférieure du dit conduit est montée dans une ouverture 18 ménagée dans une sole 19 fixée dans le dit foyer , de sorte que le combustible , indiqué en 20, est distribué par le dit donduit 17 , contre une chicane 21.
A l'intérieur du foyer est monté- un rotor tronco- nique 22 , dont l'extrémité inférieure comprend une rigole d'alimentation 23 dans laquelle s'étend la chicane 21 . Cette chicane présente une ou plusieurs ouvertures 24 qui permet- tent le passage du combustible 20 dans la rigole 23 . Le rotor 22 comporte un rail annulaire 25 fixé à sa partie in- férieure et supporté par des galets 26 montés dans des sup- ports 27 présentés par la base 10. La surface inférieure de la rigole 23 est pourvue de dents 28 en prise avec un pignon d'angle 29 monté sur un arbre 30 destiné à être ac- tionné par un moteur (non représenté).
L'extrémité extérieure SI? d'un conduit d'admission d'air 31 est relié à l'extrémité de sortie: d'une soufflerie (non représentée) ; ce conduit 31 s'étend dans le foyer et son extrémité intérieure 32 est recourbée vers le haut pour s'étendre dans la base 33 d'un tube 34 dont l'extrémité supérieure 35 est évasée , comme représenté.. De préférence,
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une tuyère à vapeur 36, réglée par un robinet 37, s'étend à travers une ouverture 38 ménagée dans l'extrémité recour- bée 32 du conduit 31.
On remarquera que l'extrémité évasée 35 du tube 34 s'étend jusqu'en un point situé légèrement au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte du rotor 22, et que la dite extrémité est placée à proximité de l'ouverture 40 formée oentralement dans le dessus du dôme 11. La dite ouverture 40 est de préférence entourée par un rail de garde 41 . Un déflecteur évasé 42 est fixé dans l'extrémité évasée ouverte 35 du tube 34 et son bord périphérique est légèrement espacé du bord du dit tube. Des doigts de guidage 43 , fixés au dit tube , centrent le tube dans l'extrémité ouverte 39 du rotor, et des moyens 44 (représentés schématiquement dans le dessin) sont prévus pour régler verticalement la position de ce tube.
Le rotor 22 présente sur sa surface/extérieure des gradins en spirale 45 , et des ouvertures 46 sont ménagées dans ce rotor immédiatement au-dessous de chacun des dits gradins. En supposant que le four fonctionne et produit du gaz , un lit de combustible est formé dans ce four. Ce lit de combustible comprend une couche extérieure incandescente 47 , dont la surface est en principe parallèle à la surface intérieure du garnissage 12 ; une couche 49 de combustible à l'état plastique , immédiatement sur la face intérieure de la couche 47 ; une couche 50 de combustible humide ;et une couche 51 de combustible sec en contact avec le rotor.
Bien qu'on ait représenté les limites entre les dites cou- ches comme étant bien définies, il est entendu que cette délimitation n'est représentée que pour la clarté du dessin seulement, et que ces limites ne sont pas aussi nettement définies. Les quatre zones sont délimitées par des tempéra-
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tures critiques, la zone ou couche 47 ayant une température variant entre 1925 et I650 C , la température de la couche 49 variant entre 480 et 215 C, la température de la couche 50 étant d'environ 100 C, et celle de la couche 51 étant comprise entre 15 et 27 C.
L'air pour supporter la combustion dans le foyer entre par trois chemins, savoir : par le conduit 31 ; le tube évasé 34 et l'espace compris entre les bords du tube et le déflecteur 42 ; par le conduit d'admission 52 , dans l'espace 53 à l'intérieur du rotor 22 , et de là par éjec- tion entre l'extrémité supérieure ouverte 39 du rotor 22 et le bord de l'extrémité évasée 35 du tube 34 ; et , par éjection, par l'ouverture 40 et au-delà du bord du défleo- teur 42 . Ces trois composantes du courant de vent sont indiquées respectivement par les flèches 55, 54 et 56.
Le ventilateur (non représenté) produit ainsi un tirage vers le bas sur toute la surface de la couche incan- descente 47 du lit de combustible , et, à travers les con- duits 13 , dans le conduit d'évacuation 14 . L'air est four- ni en quantités insuffisantes pour effectuer l'oxydation complète du combustible , et, en conséquence, le gaz qui entre dans leconduit 14 est formé en grande partie d'oxyde de carbone. L'effet de frottement du vent sur la surface de la couche 47 libère les parcelles de cendres qui restent après la combustion et ces parcelles sont entraînées dans le courant de gaz, qui sont ainsi évacuées du foyer. Cette action de balayage ou de frottement du courant d'air assure l'évacuation de toutes les cendres du foyer et empêche ainsi que du mâchefer se forme dans. ce dernier.
Lorsque le combustible est retiré de la couche 47, par combustion et par balayage effectue par le courant d'air,
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sa place est prise par le combustible ayant passé par les z6nes 51, 50 et 49. Lorsque l'arbre 30 tourne pour actionner le rotor 22 , le combustible 20. est retiré de la rigole 23 par les gradins en spirale 45 et est entraîné vers le haut entre le rotor 22 et la chicane 21 jusqu'au niveau de la sole 18 . Le lit de combustible agit alors comme élément de retardement pour le combustible frais, afin de permettre aux gradins 45 d'entraîner celui-ci vers le haut, et le combustible frais est ainsi amené vers la partie supérieure du rotor.
Lorsque le lit de combustible retarde l'avancement du combustible frais sur les gradins 45 , il pousse ce com- bustible frais extérieurement en l'éloignant du rotor, et cette poussée doit , naturellement, être transmise au com- bustible des trois z6nes restantes de la couche de combusti- ble. Ainsi, les gradins 45 agissent non seulement pour faire monter le combustible, mais également pour déterminer le mouvement latéral ou radial de ce dernier, vers la surface extérieure de la couche ou lit de combustible.
Lorsque le combustible frais est amené dans la zône 50, l'eau contenue dans ce combustible en est éliminée par la chaleur de la couche incandescente 47 , ce qui humecte le charbon se trouvant dans la zone 50 Lorsque le charbon de la zone 50 est amené dans la zone 49 , il est porté à une température de plus en plus élevée jusqu'à ce que, finalement, il devienne collant et ensuite plastique. Lors- que le combustible est chauffé au-delà de la température à laquelle il est plastique, il est transformé en une masse carbonisée très réactive , et c'est dans cette condition qu'il atteint finalement la température à laquelle il est incandescent et dans laquelle il parvient dans la région où il peut venir en contact avec le gaz comburant.
En outre,
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lorsque le combustible est poussé extérieurement et éloigné du rotor, il est évident que la circonférence de la couche augmente. Ceci détermine nécessairement la formation de creux dans la surface du combustible et augmente très sensi- blement la superficie avec laquelle le gaz comburant peut venir en contact.
Une caractéristique très importante de la pré-sente invention consiste en ce que, par le mode de production de gaz utilisé, il est possible d'extraire du combustible beau- coup des précieux distillats légers qu'il renferme. Sous ce rapport, on remarquera que, alors que dans tous les dis- positifs assurant la combustion de combustible dont le demandeur a connaissance, le gaz comburant est amené à tra- vers la masse de combustible en traversant le combustible froid, et ensuite le combustible chaud pour venir én contact avec le combustible incandescent, suivant la présente inven- tion aucun gaz comburant n'est amené à travers la couche de combustible, mais la totalité de ce gaz balaye simplement la surface du combustible inoandesoent.
En réalité., il serait impossible d'attirer du gaz de la surface du rotor à travers la couche de combustible, étant donné qu'il a été constata que le charbon plastique dans la couche 49 forme une paroi plus ou moins fluide complètement imperméable aux gas et aux vapeurs. C'est en tirant profit de cet état ou condition de la couche 49 que l'on peut récupérer les distillats légers du combustible.
L-es ouvertures 46 ménagées dans le rotor 22 ont déjà été mentionnées; Une enveloppe annulaire 57 est suppor- tée à l'intérieur du rotor et est toujours en communication avec les dites ouvertures 46 . L'extrémité inférieure de cette enveloppe 57 communique aven l'intérieur d'un réservoir
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annulaire 58, présentant un rebord ouvert 59 dans lequel on peut de préférence introduire des tubes 60 pour retirer les distillats liquides du dit réservoir . De préférence, l'intérieur du réservoir 58 est maintenu à une température d'environ 100 C, de façon que tous les distillats qui sont liquides à cette température puissent être retirés par les tubes 60 .
Une extrémité d'un conduit 61 est en communica- tion avec la partie supérieure du réservoir 58 , et l'autre extrémité du conduit 61 est reliée à l'intérieur du tube évasé 34 . Ce conduit 61 a ainsi deux fonctions, savoir : il réduit la pression à l'intérieur du réservoir 58 , de sorte que les distillats du combustible sont ainsi attirés à travers les ouvertures 46 et dans le dit réservoir, et il assure un passage par lequel les distillats qui sont gazeux à la température du réservoir peuvent être attirés dans le tube évasé 34 et amenés avec le vent en contact avec la couche incandescente 47 et dans le conduit d'évacuation de gaz 14 . Le conduit 61 présente, de préférence,
une ouver- ture de nettoyage fermée par un couvercle 62 monté à char- nières. Un sorubber 63 est de préférence utilisé en combi- naison avec le réservoir 58 , pour épurer les distillats liquides qui s'y rassemblent.
De préférence, l'installation entière est recou- verte d'un monticule à pente légère 64 , formé de terre glaise ou d'une matière ou terre forte appropriée conve- nablement choisie.
En se reportant maintenant aux figs. 2 et 4 , on voit que ces figures représentent un four indiqué par la ligne ponctuée 70 et comprenant une cheminée 71 . Dans le cendrier ou la chambre de combustion de ce four est disposé un bloc désigné dans son ensemble par 72 et com-
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prenant une chambre 74 comportant une paroi inférieure 75 .
Des nervures 76 s'étendent longitudinalement par rapport à la dite paroi 75 , divisant cette dernière en plusieurs gorges ou canaux 77 . Dans chacun de ces canaux 77 est mon- té , de manière à pouvoir glisser, un propulseur 78 sur la surface supérieure duquel sont formées des dents 70. Chacun des propulseurs s'étend vers l'arrière à travers un passage 80 ménagé dans la paroi postérieure de la dite chambre et se termine par une extrémité 81 repliée vers le haut et présentant une fente 82 . Un bras de manivelle 83 , monté sur un arbre (non représenté) , s'étend à travers chacune des dites fentes 82 , de sorte que la rotation du dit arbre fait aller et venir les propulseurs 78.
Une trémie 84 est formée sur le dit bloc 72 , ou est portée par celui-ci et communique, par une ouverture réglée par une vanne 85 , avec l'intérieur de la chambre 74.
Comme on le voit d'après le dessin, la matière s'écoulant de la trémie 84 est déposée sur les surfaces supérieures dentées des propulseurs 78 . Lorsque les propulseurs vont et viennent, leurs dents 79 obligent-la matière venant de la trémie 84 à se déplacer en avant pour venir dans la cham- bre 74 .
La chambre 74 présenté une paroi 86 recourbée vers le haut, qui divise cette chambre en une partie prin- cipale et en un compartiment à sable 87 , dans le but dé- crit plus loin. Chacun des propulseurs 78 porte, à son ex- trémité antérieure, un propulseur auxiliaire courbe 88 , dont la forme oorrespond à celle de la paroi 86 . Chacun des propulseurs 88 présente des dents 89 , et est articulé en 90 à l'extrémité antérieure du propulseur correspondant 78.
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A l'intérieur de la boîte 72 est monté un élément
91, qui, bien qu'il n'ait pas une forme arquée, joue le rôle de la voûte usuelle dans une chambre de combustion, et , par conséquent, sera désigné ci-après sous le nom de "voute".
La voûte 91 présente des nervures longitudinales 92, et, comme représenté, n'est placé qu'à une très légère distance au-dessus de la surface supérieure de la couche de combus- tible.
Un passage 93 est réservé entre cette voûte 91 et une paroi horizontale 94 de la boîte 72. ;ce passage commu- nique avec l'atmosphère par une ouverture 95 , formée entre la dite paroi 94 et une paroi 96 d'un carneau communiquant avec la oheminée 71 .Sur le côté opposé à la paroi 96 , le oarneau est garni extérieurement d'une matière résistant à la chaleur , indiquée en 97 .
Bien que le fonctionnement général de chacun des dispositifs représentés figs.2 à 8 inclusivement soit dé- crit collectivement, il y a lieu de faire remarquer ici que le mouvement alternatif des propulseurs 78 fait avancer la combustible de la trémie 84 à la chambre 74 et à travers oelle-oi. Lorsque le combustible entre dans la chambre, il rencontre un courant de gaz chaud et se gonfle , de sorte qu'il devient très réactif .Bien que lecombustible reçoive un mouvement d'avancement de la base de la couche vers la haut, et bien que les matières non combustibles, telles que de petits morceaux de pierre et le sable atteignant la sur- faoe supérieure de la couche de combustible, soient entrai- nées dans la cheminée par le courant de gaz , l'agitation de la couche de combustible, par les propulseurs,
détermine la descente dans la masse de combustible d'une certaine quan- tité de ces matières non combustibles. Les propulseurs 78
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font avancer lentement ces matières non combustibles, et les propulseurs 88 les font remonter sur la paroi 86 , et passer par-dessus le rebord de cette dernière, dans la chambre 87 , où elles peuvent former un tas indiqué en 98 .
Le dispositif représente fig. 3 ressemble beau- coup à celui montré fig. 2 . Dans la fige 3 . 100 désigne un four pourvu d'une chemise 101 et comportant une botte de combustion 102 disposée dans le four. Cette boîte 102 forme une chambre 104 comportant un fond 105 présentant des ner- vures longitudinales 106 divisant le fond de cette chambre en canaux, dans lesquels les propulseurs 108 sont montés de manière à pouvoir aller et venir. Ces propulseurs 108 présentent, sur leur surface supérieure , des dents 109 et s'étendent vers l'arrière à travers les ouvertures IIO , pour se terminer par des extrémités 111 recourbées vers le haut et présentant des fentes 112 destinées à recevoir des bras de manivelle 113.
Une trémie 114 distribue le combustible , à travers une ouverture réglée par une vanne 115 , dans la chambre 104 .
On remarquera que la présente forme de aonstrua- tion ne comporte pas de paroi correspondant à la paroi 86 de la fig.2. Les propulseurs 108 comportent donc des extra- mités antérieures chanfreinées 116 pour pousser les matières non combustibles dans une chambre à sable, où ces matières peuvent former un tas, comme indiqué en 118 .
La voûte 119 de la présente forme de construction est disposée suivant un certain angle par rapport à l'hori- zontale , ainsi qu'il est clairement représenté, et , en combinaison avec la paroi la) de la boîte 102 , cette voûte 119 forme un passage 121 communiquant avec l'atmosphère par une ouverture 122 formée entre la dite paroi 120 et
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la paroi 123 d'un oarneau communiquant avec la cheminée 101.
La paroi opposée du dit carneau est garnie extérieurement d'une matière 124 résistant à la chaleur.
Le fonctionnement de ce dispositif est en principe identique à celui dela fige 2 , sauf en ce qui concerne la façon dont on se défait des matières non combustibles.
Le dispositif de la fig. 5 est un peu plus simple que ceux des figs. 2 à 4 . Ce dispositif comprend une cham- bre comportant une paroi inférieure 130 et une paroi supé- rieure 131 et communiquant avec une cheminée 132.tue extré- mité 133 de la dite chambre étant ouverte à l'atmosphère.
Un ou plusieurs propulseurs 134 , comprenant sim- plement des bandes de métal, sont montés, de manière à aller et venir, sur la surface supérieure plane de la paroi 130 , et s'étendent vers l'arrière à travers des ouvertures 135, ménagées dans la paroi postérieure 136 de l'enveloppe, ces propulseurs se terminant par des parties 137 repliées vers le haut et formant poignée. La paroi 136 et une paroi 138 de la cheminée 132 forment les côtés opposés d'une trémie 139 qui communique, par une ouverture 140 pratiquée dans la paroi 138 , avec la chambre de combustion . Cette chambre de combustion a les dimensions voulues pour réserver un passage 141 relativement petit pour l'air, entre la pa- roi supérieure 131 de cette chambre et la surface supérieure du combustible contenu dans cette dernière.
La fig. 7 représente un mécanisme un peu plus compliqué, pour la réalisation du présent procédé , ce mé- oanisme comprenant une base formant plate-forme mobile sur laquelle est supportée la couche de combustible. Le dit mécanisme comprend une base 149 sur laquelle est montée une boîte de combustion, indiquée dans son ensemble 150 , et
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comportant une paroi supérieure ou voûte 151 , une paroi d'extrémité 152 , et une plate-forme mobile sans fin 153, montée sur des roues à chaîne 154 disposées à chaque extra- mité de la dite boite de combustion.
Une trémie 155 est montée sur cette botte de combustion à l'extrémité opposée à celle où se trouve la paroi 152 , et est destinée à distribuer le combustible, par une ouverture 157 , dans la chambre de combustion en un point adjacent à la cheminée 158 .
Le dispositif comprend des moyens pour assurer un léger chauffage préalable de l'air admis dans la chambre de combustion ;ces moyens comprennent une paroi 159 et une seconde paroi par-allèle 160 , formant un passage 161 ouvert à l'atmosphère , à une extrémité, et communiquant, à son extrémité opposée, avec un second passage 162 formé entre la paroi 160 et la voûte 151 . Ce passage 162 communique en 148 avec la chambre de combustion, et l'air admis en 148 s'écoule longitudinalementpar rapport à la dite chambre, entre la voûte 151 et la surface supérieure de la couche de combustible , et particulièrement dans les espaces ré- servés entre les nervures 163 s'étendant longitudinalement par rapport à la voûte 151 .
Le fonctionnement de tous les dispositifs repré- sentés figs.2 à 8 inclusivement est le suivant :
Une couche de combustible ayant été formée par l'action des propulseurs ou de la plate-forme mobile, l'ex- trémité de la dite couche adjacente à l'orifice d'admission d'air est allumée. Les propulseurs , ou la plate-forme mobile, sont alors mis en marche et les fines ou autre combustible 164 sontenus dans les trémies descendent et entrent dans la chambre de combustion . L'air passant dans les chambres , et, sous l'influence des tirages dans les
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diverses cheminées, passant sur les surfaces des couches de combustible et dans les cheminées, entraîne les gaz chauds produits par la combustion du combustible à l'extré- mité d'admission d'air.
Environ au point 165 , ces gaz chauds viennent en contact avec le combustible 164 quittant les trémies. Presque immédiatement après ce contact, le combustible frais commence à gonfler, devenant ainsi très réaotif . Le commencement de ce gonflement de combustible est indiqué au point 166 Lorsque le combustible se dé- place au-delà du point 166 , il commence à être soumis à l'action de la chaleur radiante provenant des voûtes qui, peu de temps après le commencement du fonctionnement des divers dispositifs, sont portées au rouge, et le charbon se gonfle et devient encore plus réactif.
Dans chacune des figs. 2, 3 et 5 à 8 , on voit que le combustible contenu dans les chambres de combustion a été représenté comme étant divisé en trois couches. La couche supérieure est formée par du combustible incandescent, à l'état très réactif, la couche intermédiaire 167 est du char- bon à l'état plastique, et la couche inférieure 168 est du charbon à l'état plus ou moins frais, et qui, en principe n'a pas encore été soumis à l'action de la chaleur. Le fonc- tionnement des divers dispositifs tend à pousser le com- bustible vers le haut ainsi qu'en avant, de sorte que le charbon indiqué en 168 , avant qu'il atteigne l'extrémité antérieure de la chambre de combustion , deviendra successi- vement plastique, réactif et incandesoent.
La région où la combustion est la plus violente est adjacente à l'extrémité antérieure des chambres de com- bustion et entre les points 169 et 170 . C'est dans cette région que l'air introduit dans les chambres de combustion
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est le plus riche en oxygène. La majeure partie de l'oxygène contenu dans l'air est extraite dans cette région, et les gaz qui passent entre le point 169 et le point 170 sont pour la plupart les gaz inertes de l'air et l'acide carbonique pro- duit par la comb ustion. Lorsque ces gaz viennent en contact avec le combustible gonflé très réactif dans la région in- diquée en 166 , il se produit une réaction inverse ou endo- thermique entre l'anhydride carbonique du courant de gaz et le carbone du charbon.
On comprendra qu'en ce point le char- bon est beaucoup plus poreux- et plus léger que le coke or- dinaire, et il a été constaté qu'en ce point le charbon a un poids d'environ 80 kgs par mètre cube, et, par conséquent, cette réaction endothermique a lieu avec une grande facilité.
La majeure partie de l'anhydride carbonique dans le courant de gaz est ainsi réduite en oxyde de carbone et sort de la cheminée sous cette forme. Ce gaz très combustible peut être employé à proximité du point de production, où il peut être emmagasiné pour être utilisé ultérieurement.
Alors que par le procédé usuel de fabrication de gaz de gazogène, le gaz peut avoir une valeur calorifique théorique de 112 unités thermiques anglaises par 0 mètre cube 028 , soit environ un rendement thermique de 70%, le présent procédé permet d'obtenir un gaz dont la valeur calorifique théorique est voisine de 188 unités thermiques anglaises par 0 mètre cube 028 , soit environ un rendement thermique de 99%.
D'autres @@des d'spplic@tion du principe de l'in- vention peuvent être employés au lieu de oelui qui a été décrit, des changements étant alors apportés au mécanisme décrit ici à la condition d'employer les moyens spécifiés dans la présente invention ou leurs équivalents,
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Improvements made to the combustion of carbonaceous materials and apparatus used for this purpose.
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The invention relates to the combustion of carbon fuel and to the devices used for this purpose.
The present invention comprises a new method of combustion of carbon fuel which consists essentially in forming a layer or bed of fuel, in igniting the outer surface thereof, and in passing a current of oombinant gas over this layer or bed of fuel, the direction of this current being directed towards the point where the fuel is admitted on this layer or bed. Care must be taken to prevent the flow of this oxidizing gas through the fuel layer or bed. The combustion gas stream carries with it extremely hot products of combustion, sweeping these hot gases over the fresh fuel entering the combustion chamber, so that this fresh fuel swells or expands, and becomes extremely reagent..
Several types of devices
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for the realization of this combustion mode are shown in the accompanying drawing.
The drawing and the description which follows indicate in detail a mechanism according to the invention, the means described and represented however constituting only one of the various mechanical forms of application of the principle of the invention.
In the drawing:
Fig. 1 is a vertical section of a type of apparatus for carrying out the new mode of combustion.
Fig. 2 is a similar section of a different form of apparatus.
Fig. 3 is a similar section through a form of apparatus which differs only slightly from that shown in FIG. 2.
Fig. 4 is a vertical section made by the apparatus shown in fig; 2 along a plane perpendicular to that of FIG. 2.
Fig. 5 is a vertical section made by another variant.
Fig. 6 is a cross section made by the apparatus shown in FIG. 5.
Fig. 7 is a vertical section taken by another type of apparatus for carrying out the present mode of combustion.
Fig. 8 is a cross section taken by the apparatus of FIG. 7.
In practicing the invention, coal or other carbonaceous fuel is economically converted into fuel gas which can be used immediately or be stored for later use. One of the advantages
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of the present process is that it is particularly suitable for the combustion of fines. Another advantage of this process is that an apparatus of reasonable size can produce very large volumes of gas for the production of steam, the operation of Siemens-Martin furnaces, the melting of glass and other operations. analogues.
It is known that the devices used for the combustion of fuel have not progressed with the current needs for the production of heat and energy. For example, there are currently electric generators with a power of up to 165,000 kw. These generators do not have excessive dimensions, but the boiler installations for electric generators of this kind are excessively large. An installation such as that shown in fig.l, having a diameter of 15 meters at the base, can process 720 tonnes of coal per day and give a gas flow, transformed into energy, of 60,000kw.
Referring to the drawing, and more particularly to fig.l, it can be seen that the gas generator comprises a base 10 carrying a dome 11, in principle hemispherical, comprising on its inner surface a wall 12, made of heat-reflecting material, arranged so that the inner surface of the fireplace has in principle a frustoconical shape. The interior of the fireplace is connected by several exhaust ducts 13 extending radially to an annular gas exhaust tube 14 surrounding the body of the fireplace itself. The conduits 13 are separated by arches 15 which, as will be seen later, also serve as retaining elements for the mass of fuel contained in the hearth.
The base or bottom 16 of the exhaust duct 14
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is tilted down from the position shown * is to a level which is basically that of the upper surface of base 10 at a point about 180 ° from that shown, thereby increasing the transverse seation of the base. duct 14 according to the number of ducts 13 opening into the latter; it is understood that the exhaust chimney is located at the point where the cross section of the duct 14 is greatest.
A distribution duct 17 is intended to receive fuel through its open upper end and the lower end of said duct is mounted in an opening 18 formed in a sole 19 fixed in said hearth, so that the fuel, indicated in 20, is distributed by the said duct 17, against a chicane 21.
Inside the hearth is mounted a frustoconical rotor 22, the lower end of which comprises a supply channel 23 in which the baffle 21 extends. This baffle has one or more openings 24 which allow the fuel 20 to pass through the channel 23. The rotor 22 comprises an annular rail 25 fixed to its lower part and supported by rollers 26 mounted in supports 27 presented by the base 10. The lower surface of the channel 23 is provided with teeth 28 in engagement with a Angle pinion 29 mounted on a shaft 30 intended to be actuated by a motor (not shown).
The outer end SI? an air intake duct 31 is connected to the outlet end: of a blower (not shown); this duct 31 extends into the hearth and its inner end 32 is curved upwards to extend into the base 33 of a tube 34, the upper end 35 of which is flared, as shown. Preferably,
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a steam nozzle 36, regulated by a valve 37, extends through an opening 38 made in the curved end 32 of the duct 31.
It will be noted that the flared end 35 of the tube 34 extends to a point situated slightly above the open upper end of the rotor 22, and that said end is placed near the opening 40 formed centrally. in the top of the dome 11. Said opening 40 is preferably surrounded by a guard rail 41. A flared baffle 42 is fixed in the open flared end 35 of the tube 34 and its peripheral edge is slightly spaced from the edge of said tube. Guide fingers 43, attached to said tube, center the tube in the open end 39 of the rotor, and means 44 (shown schematically in the drawing) are provided for vertically adjusting the position of this tube.
The rotor 22 has spiral steps 45 on its / outer surface, and openings 46 are provided in this rotor immediately below each of said steps. Assuming the furnace is operating and producing gas, a fuel bed is formed in this furnace. This fuel bed comprises an incandescent outer layer 47, the surface of which is in principle parallel to the inner surface of the lining 12; a layer 49 of fuel in the plastic state, immediately on the inner face of the layer 47; a layer 50 of wet fuel, and a layer 51 of dry fuel in contact with the rotor.
Although the boundaries between said layers have been shown to be well defined, it is understood that this boundary is shown for clarity of the drawing only, and that these boundaries are not so clearly defined. The four zones are delimited by tempera-
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critical tures, the zone or layer 47 having a temperature varying between 1925 and 1650 C, the temperature of the layer 49 varying between 480 and 215 C, the temperature of the layer 50 being about 100 C, and that of the layer 51 being between 15 and 27 C.
The air to support the combustion in the hearth enters by three paths, namely: by the duct 31; the flared tube 34 and the space between the edges of the tube and the deflector 42; through the inlet duct 52, into the space 53 inside the rotor 22, and thence by ejection between the open upper end 39 of the rotor 22 and the edge of the flared end 35 of the tube 34 ; and, by ejection, through the opening 40 and beyond the edge of the deflector 42. These three components of the wind current are indicated by arrows 55, 54 and 56 respectively.
The fan (not shown) thus produces a downward draft over the entire surface of the incandescent layer 47 of the fuel bed, and, through the ducts 13, into the exhaust duct 14. Air is supplied in insufficient quantities to effect complete oxidation of the fuel, and therefore the gas which enters conduit 14 is formed largely of carbon monoxide. The frictional effect of the wind on the surface of the layer 47 frees the particles of ash which remain after combustion and these particles are entrained in the gas stream, which are thus discharged from the hearth. This sweeping or rubbing action of the air stream removes all ash from the fireplace and thus prevents clinker from forming in it. this last.
When the fuel is removed from the layer 47, by combustion and by sweeping effected by the air current,
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its place is taken by the fuel which has passed through z6nes 51, 50 and 49. When the shaft 30 rotates to actuate the rotor 22, the fuel 20. is withdrawn from the channel 23 by the spiral steps 45 and is driven towards the top between the rotor 22 and the baffle 21 up to the level of the sole 18. The fuel bed then acts as a delay element for the fresh fuel, in order to allow the steps 45 to drive the latter upwards, and the fresh fuel is thus brought towards the upper part of the rotor.
When the fuel bed retards the advancement of the fresh fuel on the steps 45, it pushes this fresh fuel outwardly away from the rotor, and this thrust must, of course, be transmitted to the fuel of the three remaining zones of. the fuel layer. Thus, the steps 45 act not only to raise the fuel, but also to determine the lateral or radial movement of the latter, towards the outer surface of the layer or bed of fuel.
When the fresh fuel is brought into zone 50, the water contained in this fuel is removed therefrom by the heat of the incandescent layer 47, which moistens the coal in zone 50 When the coal of zone 50 is brought in zone 49 it is brought to a higher and higher temperature until, finally, it becomes sticky and then plastic. When the fuel is heated beyond the temperature to which it is plastic, it is transformed into a very reactive carbonized mass, and it is in this condition that it finally reaches the temperature at which it glows and in which it reaches the region where it can come into contact with the oxidizing gas.
In addition,
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when the fuel is pushed out and away from the rotor, it is evident that the circumference of the layer increases. This necessarily determines the formation of pits in the surface of the fuel and very significantly increases the surface area with which the oxidant gas can come into contact.
A very important feature of the present invention is that, by the method of gas production used, it is possible to extract from the fuel many of the valuable light distillates which it contains. In this connection, it will be noted that, while in all the devices ensuring the combustion of fuel of which the applicant is aware, the oxidizing gas is brought through the mass of fuel by passing through the cold fuel, and then the fuel. hot to come into contact with the incandescent fuel, according to the present invention no oxidizer gas is passed through the fuel layer, but all of this gas simply sweeps the surface of the inoandesoent fuel.
In reality, it would be impossible to attract gas from the surface of the rotor through the fuel layer, since it was found that the plastic carbon in the layer 49 forms a more or less fluid wall completely impermeable to the gases. gas and vapors. It is by taking advantage of this state or condition of the layer 49 that the light distillates of the fuel can be recovered.
The openings 46 formed in the rotor 22 have already been mentioned; An annular casing 57 is supported inside the rotor and is still in communication with said openings 46. The lower end of this envelope 57 communicates with the interior of a reservoir
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annular 58, having an open rim 59 into which one can preferably introduce tubes 60 to remove the liquid distillates from said reservoir. Preferably, the interior of tank 58 is maintained at a temperature of about 100 ° C, so that any distillates which are liquid at this temperature can be removed through tubes 60.
One end of conduit 61 is in communication with the top of reservoir 58, and the other end of conduit 61 is connected to the interior of flared tube 34. This conduit 61 thus has two functions, namely: it reduces the pressure inside the tank 58, so that the fuel distillates are thus drawn through the openings 46 and into said tank, and it provides a passage through which the distillates which are gaseous at the temperature of the reservoir can be drawn into the flared tube 34 and brought with the wind into contact with the incandescent layer 47 and into the gas discharge duct 14. The conduit 61 preferably has
a cleaning opening closed by a hinged cover 62. Sorubber 63 is preferably used in conjunction with reservoir 58, to purify liquid distillates which collect therein.
Preferably, the entire installation is covered with a gently sloping mound 64, formed of clay or a suitably selected suitable solid material or earth.
Referring now to figs. 2 and 4, it can be seen that these figures represent an oven indicated by the dotted line 70 and comprising a chimney 71. In the ashtray or the combustion chamber of this oven is arranged a block designated as a whole by 72 and com-
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taking a chamber 74 having a bottom wall 75.
Ribs 76 extend longitudinally with respect to said wall 75, dividing the latter into several grooves or channels 77. In each of these channels 77 is mounted, so as to be able to slide, a thruster 78 on the upper surface of which are formed teeth 70. Each of the thrusters extends rearwardly through a passage 80 formed in the wall. posterior of said chamber and ends with an end 81 folded upwards and having a slot 82. A crank arm 83, mounted on a shaft (not shown), extends through each of said slots 82, so that rotation of said shaft causes thrusters 78 to come and go.
A hopper 84 is formed on said block 72, or is carried by the latter and communicates, through an opening regulated by a valve 85, with the interior of the chamber 74.
As can be seen from the drawing, the material flowing from the hopper 84 is deposited on the toothed upper surfaces of the thrusters 78. As the thrusters come and go, their teeth 79 force the material coming from hopper 84 to move forward into chamber 74.
Chamber 74 has an upwardly curved wall 86 which divides this chamber into a main part and into a sand chamber 87, for the purpose described later. Each of the thrusters 78 carries, at its front end, an auxiliary curved thruster 88, the shape of which corresponds to that of the wall 86. Each of the thrusters 88 has teeth 89, and is articulated at 90 to the anterior end of the corresponding thruster 78.
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Inside the box 72 is mounted an element
91, which, although not having an arched shape, acts as the usual vault in a combustion chamber, and therefore will be referred to hereinafter as "vault".
The arch 91 has longitudinal ribs 92, and, as shown, is placed only a very slight distance above the upper surface of the fuel layer.
A passage 93 is reserved between this vault 91 and a horizontal wall 94 of the box 72; this passage communicates with the atmosphere through an opening 95, formed between said wall 94 and a wall 96 of a flue communicating with it. the chimney 71 .On the side opposite the wall 96, the chimney is lined on the outside with a heat-resistant material, indicated in 97.
Although the general operation of each of the devices shown in Figs. 2 to 8 inclusive is described collectively, it should be noted here that the reciprocating motion of the propellants 78 advances fuel from hopper 84 to chamber 74 and through oelle-oi. As the fuel enters the chamber, it encounters a stream of hot gas and swells, so that it becomes very reactive. Although the fuel receives a forward movement from the base of the layer upwards, and although non-combustible materials, such as small pieces of stone and sand reaching the upper surface of the fuel layer, are carried into the stack by the gas stream, the agitation of the fuel layer, by thrusters,
determines the descent into the mass of fuel of a certain quantity of these non-combustible materials. Thrusters 78
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slowly advance these non-combustible materials, and the propellants 88 bring them up on the wall 86, and pass over the rim of the latter, into the chamber 87, where they can form a pile indicated at 98.
The device represents fig. 3 closely resembles that shown in fig. 2. In the freeze 3. 100 denotes a furnace provided with a jacket 101 and comprising a combustion boot 102 disposed in the furnace. This box 102 forms a chamber 104 comprising a bottom 105 having longitudinal ribs 106 dividing the bottom of this chamber into channels, in which the thrusters 108 are mounted so as to be able to move back and forth. These thrusters 108 have, on their upper surface, teeth 109 and extend rearwardly through the openings IIO, to end with ends 111 curved upwards and having slots 112 intended to receive crank arms. 113.
A hopper 114 distributes the fuel, through an opening regulated by a valve 115, into the chamber 104.
It will be noted that the present form of construction does not include a wall corresponding to the wall 86 of FIG. The thrusters 108 therefore have chamfered front ends 116 for pushing non-combustible material into a sand chamber, where such material can form a pile, as indicated at 118.
The vault 119 of the present form of construction is arranged at an angle to the horizontal, as clearly shown, and, in combination with the wall la) of the box 102, this vault 119 forms a passage 121 communicating with the atmosphere through an opening 122 formed between said wall 120 and
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the wall 123 of an oarneau communicating with the chimney 101.
The opposite wall of said flue is lined on the outside with a heat resistant material 124.
The operation of this device is in principle identical to that of fig 2, except as regards the way in which non-combustible materials are discarded.
The device of FIG. 5 is a little simpler than those of figs. 2 to 4. This device comprises a chamber comprising a lower wall 130 and an upper wall 131 and communicating with a chimney 132, the end 133 of said chamber being open to the atmosphere.
One or more thrusters 134, comprising simply bands of metal, are mounted reciprocally on the flat upper surface of wall 130, and extend rearwardly through openings 135, provided in the rear wall 136 of the casing, these thrusters ending in parts 137 folded upwards and forming a handle. The wall 136 and a wall 138 of the chimney 132 form the opposite sides of a hopper 139 which communicates, through an opening 140 made in the wall 138, with the combustion chamber. This combustion chamber has the desired dimensions to reserve a relatively small passage 141 for the air, between the upper wall 131 of this chamber and the upper surface of the fuel contained in the latter.
Fig. 7 shows a slightly more complicated mechanism for carrying out the present process, this mechanism comprising a base forming a movable platform on which the fuel layer is supported. Said mechanism comprises a base 149 on which is mounted a combustion box, indicated as a whole 150, and
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comprising a top wall or vault 151, an end wall 152, and an endless movable platform 153, mounted on chain wheels 154 disposed at each end of said combustion box.
A hopper 155 is mounted on this combustion boot at the end opposite to that where the wall 152 is located, and is intended to distribute the fuel, through an opening 157, into the combustion chamber at a point adjacent to the chimney 158 .
The device comprises means for ensuring a slight preliminary heating of the air admitted into the combustion chamber; these means comprise a wall 159 and a second parallel wall 160, forming a passage 161 open to the atmosphere, at one end , and communicating, at its opposite end, with a second passage 162 formed between the wall 160 and the vault 151. This passage 162 communicates at 148 with the combustion chamber, and the air admitted at 148 flows longitudinally with respect to said chamber, between the vault 151 and the upper surface of the fuel layer, and particularly in the re- spaces. served between the ribs 163 extending longitudinally with respect to the arch 151.
The operation of all the devices shown in figs. 2 to 8 inclusive is as follows:
A layer of fuel having been formed by the action of the thrusters or of the movable platform, the end of said layer adjacent to the air inlet port is ignited. The thrusters, or the movable platform, are then started and the fines or other fuel 164 are held in the hoppers descend and enter the combustion chamber. The air passing in the rooms, and, under the influence of the drafts in the
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various chimneys, passing over the surfaces of the fuel layers and into the chimneys, entrain the hot gases produced by the combustion of the fuel at the air inlet end.
At about point 165, these hot gases come into contact with the fuel 164 leaving the hoppers. Almost immediately after this contact, the fresh fuel begins to swell, thus becoming very reactive. The beginning of this fuel swelling is indicated in point 166 When the fuel moves beyond point 166, it begins to be subjected to the action of radiant heat from the vaults which shortly after the beginning of the operation of the various devices, are turned red, and the charcoal swells and becomes even more reactive.
In each of figs. 2, 3 and 5 to 8, it can be seen that the fuel contained in the combustion chambers has been shown as being divided into three layers. The upper layer is formed by incandescent fuel, in a very reactive state, the intermediate layer 167 is carbon in the plastic state, and the lower layer 168 is coal in a more or less fresh state, and which in principle has not yet been subjected to the action of heat. The operation of the various devices tends to push the fuel upward as well as forward, so that the coal indicated at 168, before it reaches the front end of the combustion chamber, will become successive. plastic, reactive and incandescent.
The region where the combustion is most violent is adjacent to the anterior end of the combustion chambers and between points 169 and 170. It is in this region that the air introduced into the combustion chambers
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is the richest in oxygen. Most of the oxygen contained in the air is extracted in this region, and the gases which pass between point 169 and point 170 are mostly inert gases of the air and carbonic acid produced by combustion. When these gases come into contact with the highly reactive swollen fuel in the region indicated at 166, an inverse or endothermic reaction occurs between the carbon dioxide of the gas stream and the carbon of the coal.
It will be understood that at this point the charcoal is much more porous and lighter than the ordinary coke, and it was found that at this point the charcoal has a weight of about 80 kgs per cubic meter, and, therefore, this endothermic reaction takes place with great ease.
Most of the carbon dioxide in the gas stream is thus reduced to carbon monoxide and exits the stack as this. This highly combustible gas can be used close to the point of production, where it can be stored for later use.
While by the usual method of manufacturing gas generator gas, the gas can have a theoretical calorific value of 112 British thermal units per 0 cubic meter 028, or approximately a thermal efficiency of 70%, the present method makes it possible to obtain a gas whose theoretical calorific value is close to 188 British thermal units per 0 cubic meter 028, or approximately a thermal efficiency of 99%.
Other applications of the principle of the invention may be employed instead of that which has been described, changes then being made to the mechanism described herein on condition that the means specified in the present invention or their equivalents,