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PROCEDE ET APPAREIL POUR GAZEIFIER LES COMBUSTIBLES A L ETAT DE POUSSIERE ET EN PARTICULIER LE POUSSIER DE CHARBON.
L'invention concerne un procédé et un appareil pour la gazéification totale ou partielle des combustibles à l'état de poussier ayant une grosseur de grains de 0-5 m/m par exemple. Dans ce procédé la distillation et la gazéifi- cation du poussier de charbon introduit dans une chambre de gazéification, a lieu dans un courant d'air ascendant dans la chambre de gazéification, /par exemple suivant le brevet français No: 620.708/, dans lequel il se trouve en suspension, sur un circuit qui traverse la chambre de gazéification, et une chambre de dépôt adjacente, à partir de laquelle la coke incandescent est ramené dans le courant d air ascendant de la chambre de gazéification.
Dans le but d avoir une gazéifi- cation intensive du.poussier de charbon cokéifié, et une sé- paration sûre de la scorie que se trouva dans la matière ga- zéifiée, on doit entretenir dans la chambre de gazéification une température élevée, et à la partie supérieure de la
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chambre de gazéification, en particulier à la voûte, et dans la chambre de dépôt eat nuisible à la maçonnerie, et produit en outre un amas de scories destructeur. L invention concerne un procédé et un dispositif qui donnent la possibilité d avoir une température de gazéification élevée en évitant ces incon- vénients.
Suivant 1 invention, le gaz du. gazogene de tempéra- -(jure élevée est refroidi jusqu'à une température que ne soit pas nuisible, au. moyen de poussier de charbon frais lacé dans la partie supérieure de la chambre de gazéification, de préfé- rence en face de 1 endroit où les gaz quittent la chambre de gazéification pour entrer dans la chambre de dépôt, en même temps qu'il se produit une cokéfaction de ce poussier.
Dans ce but, à la partie supérieure de la chambre de gazéification, pour l'introduction du charbon frais, le four et muni d'un dispositif de lancement agissant de préférence dans le sens horizontal, disposé de telle manière que la chambre de gazé- ification soit subdivisée en deux chambres superposées, par une nappe de poussier formée a la hauteur de 1 ouverture de raccordement de la chambre de dépôt, à une certaine distance de la voûte de la chambre de gazéification; la chambre supé- rieure assure aux gaz qui se rendent dans. la chambre de dépôt une section à peu. près: égale à celle de la chambre de dépôt.
Grâce à cette disposition, dans la chambre de ga- zéification et particulièrement dans sa partie inférieure, on peut entretenir une température si haute que les particules de coke incandescentes soient gazéifiées, de manière intensive et que les particules de scories deviennent assez fluides pour se ressembler en gouttes relativement grosses. Par suite, la majeure partie de la scorie tombera dans. la chambre de gazéification elle-même et, à travers 1 ouverture du. fond de la chambre de gazéification, parviendra dans la chambre a scories, de sorte qu'il n y aura qu'une quantité relativement
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faible de scories qui passera dans la chambre de dépôt.
La nappe da charbon irais introduit protège la route de la chambre de gazéification contre la chaleur rayonnée par la zone de combustion,¯ de même que contre les darda, et refroidit en outre les gaz de gazogènes produits dans la chambre de gazéification avant leur entrée dans la chambre de dépôt dans une mesure telle que les. particules de scorie, libres et de coke en suspension dans le gaz qui arrivent dans celle-ci ne s agglomèrent pas, mais deviennent friables.
On a représenté schématiquement dans le dessin un exemple d exécution du nouveau, gazogène à poussier en coupe longitudinale.
1 est la chambre de gazéification dont le fond @ 2 présente 1 ouverture 3 qui sert a insuffler 1 air de ga- zéification. Au-dessous de 1 ouverture 3 se trouve le ti- roir 4, mobile en direction horizontale, qui permet de régler .
1 ouverture 3. A la partie supérieure de la chambre de gazai- fication, se trouve 1 ouverture 11 d introduction du-poussier de charbon frais, à laquelle est raccordé un dispositif de lancement 12. Celui-ci prend le poussier de charbon dams la trémie de distribution 13 et le projette à travers l'ouver- ture 11, en direction a peu pres horizontale dans la chambre de gazéification, de sorte que le poussier de charbon frais forme une nappe 14 qui s étend sur la section horizontale de la chambre de gazéification et jusque dans la chambre de dépôt 5. La chambre de dépôt 5 est adossée a la chambre de gazéification, et reliée avec elle au voisinage de la voûte 6 au moyen de l'ouverture 7.
L'ouverture de liaison 7 de la chambre de dépôt se trouve de préférence en face de l'ouver- ture 11, à travers laquelle le poussier 'de charbon frais est lancé dans la chambre de gazéification.
Pour obtenir un refroidissement aussi fort que possible du gaz qui circule vers le haut, et protéger la
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voûte de manière efficace contre les températures élevées, et pour éviter que des particules de scories lancées vers le haut ne s agglomèrent sur la voûte, le dispositif de lancement 11, est disposé dans la partie supérieure de la chambre de gazéification à un niveau, aussi élevé que possible, toutefois, à une distance suffisante de la voûte 6 pour que la nappe 14 fermée par le poussier de charbon introduit divise la chambre de gazéification en deux régions disposées l'une au-dessus de l'autre. La nappe de charbon remplie en partie, ou complètement, celle de ces deux régions située au. niveau.. le plus élevé.
Le gaz à température élevée qui monte dans la cuve de gazéification 1-) entre dans la chambre suivant la flèche 22, et traverse la nappe de charbon; il se produit dans des conditions très favorables un échange de calories, aans lequel les gaz se refroidissent et les particules de scories entrainées se solidifient. Le re- froidissement par le charbon frais du gaz de gazogène pro- duit dans la chambre de gazéification est sans inconvénient pour le rendement thermique de 1 appareil et pour la tempé- rature obtenue par la combustion des gaz de gazogène.
L efficacité thermique et pyrométrique, ou bien le degré d efficacité de la combustion complète ne sont pas finalement modifiés: au contraire, 1 action refroidissante du charbon frais en diminuant la chaleur sensible du gaz., provoque la cokéfaction désirée du charbon frais. La température qui est obtenue par la combustion dans 1 air secondaire des gaz provenant de la chambre de dépôt 5, est, pour un même excès d air, la même qui si les gaz étaient obtenus sans refroi- dis sement intermédiaire.
Par 1 emploi, de coke comme combustible a gazéifier, la composition et la température des gaz combustibles obtenus
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sera la marne, que 1 on travaille avec ou sans refroidissement. intermédiaire. Par 1 emploi de charbon riche en gaz, la com- position des gaz sera différente, et, en réalité, celle-ei sera plus favorable dans le marche avec refroidissement in- termédiaire, par le fait que la distillation aura lieu en 1 ' absence d'oxygène, à l'extérieur de la zone de combustion de la chambre de gazéification.
Le refroidissement intermé- diaire ne donne donc lieu à aucun inconvénient; on obtient au contraire le grand avantage que, dans la chambre de ga- zéification 1. il rogne une température élevée qui rend possible la séparation de la scorie à 1 état liquide. Par suite, le coke incandescent est gazéifié, dans la chambre de gazéification, dans des conditions favorables,, et la température élevée des gaz est alors abaissée en produisant un travail utile, par le fait que les. calories ainsi libé- rées sont employées au séchage, à la distillation ou. a la cokéfaction au.charbon frais introduit, et à son réchauffage au, rouge.
La forme de la nappe 14, ou sa position plus ou moins horizontale petit être modifiée pendant la marche d'une manière qui corresponde aux nécessités de la marche, grâceà l'emploi d'un dispositif de lancement avec roue d épandage tournante pour 1 Introduction du. poussier de charbon, soit par modification du lieu de distribution du poussier sur la périphérie de la roue d épandage /par exemple au moyen d une tôle de guidage réglable/, soit par modifi- cation de la vitesse de rotation de la roue d'épandage.
La chambre de dépôt est reliée avec la chambre de gazéification à proximité du fond par un canal 8, qui sert à ramener dans la chambre de gazéification le coke qui s'est déposé dans la chambre de dépôt. A 1 extrémité du. canal qui débouche dans la chambre de gazéification, se trouve une surface de refoulement inclinée 9, et en face
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de celle-ci, devant 1 embouchure du. canal de retour dispose dans la chaubre de dépôt, on a prévu un piston 10 exécutant un mouvement de va-et-vient, /ou une série de tels pistons/ qui refoule dans le canal 8 le coke valant qui s est ras- semblé au fond de la chambre de dépôt.
Par suite de la ré- sistance de la surface de refoulement 9, il se produit au cours du refoulement une contre-pression suffisamment élevée peur que le poussier de coke soit fortement comprimé dans le canal 8. On évite ainsi que la surpression qui règne a proximité du fond de la chambre de gazéification, par rap- port à la chambre de dépôt, refoule le poussier de coke @ans la chambre de dépôt a travers le canal a, et que 1 air provenant de la chambre de gazéification afflua par le canal 8 dans la chambre de dépôt.
Au-dessus du piston de refoulement 10,.se trouve le râcleur 16 refroidi par 1?eau, qui balaye constamment le poussier de coke incandescent qui se trouve sur la surface supérieure du piston 10.
Il est, en outre, essentiel, que le tiroir 4 qui sert à régler la dimension de l'ouverture 3, soit placé sur le coté de l'ouverture 3 tourné vers le canal 8, afin que le tas de coke volant qui se trouve sur ce bord de l'ouver- ture 3 soit constamment entretenu, par le mouvement de va-et-vient d. piston 10, et soit maintenu constamment en mouvement vers le bord utile du tiroir 4, de telle manière qu aucune scorie ne puisse se déposer dans l'intervalle compris entre le tiroir 4 et la plaque de fond 2.
Le fonctionnement de 1 appareil est le suivant:
Le charbon lancé en 11 dans la chambre de gazéi- fication arrive dans le courant de gaz chaud escendant dans lequel il est cokéfiée. Comme le gaz de gazogène avec le- quel le poussier de charbon vient en contact ne contient @@@
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pas brûlés, mais ils enrichissent le gaz de gazogène en carbures d hydrogène, qui, par leur combustion dans la chambre 19, donnent une flamme à fort rayonnement.
Le poussier de coke qui tombe est gazéifié dans la chambre de gazéification 1, de sorte que, en proportionnant con- venablement la quantité da poussier de charbon, et la quan- tité d air introduits, on obtient une température a laquelle la scorie fond et se sépare du circuit en tombant à travers 1 ouverture de fond 3. La voûte 6 de la chambre de gazéifi- cation est protégé contre la température élevée qui regne dans cette chambre, par 1 effet d écran produit par la nappe 14.
Le charbon frais refroidit en outre également le gaz de générateur ascendant et, en réalité tout d abord. par le fait due ce charbon est réchauffé et que la vapeur d'eau qu'il contient est vaporisée. De même, la distilla- tion du charbon et en tout cas la décomposition de la va- peur d'eau absorbent des calories, tandis, que en regard de cela, aucune calorie nouvelle n est produite, parce que, en cet endroit, il n'y a pas d'oxygène libre, et qu'aucune combustion ne peut avoir lieu.
Le charbon frais introduit arriva ensuite à 1 , état dégazé et incandescent dans la chambre de dépôt 5, ou bien, il tombe au. fond de la chambre de gazéification en passant dans les régions de cette chambre due ne sont parcourues, par aucun courant, à proxi- mité des parois de celle-ci. Le gaz refroidis de la manière décrite ci-dessus, entrent dans la chambre de dépôt 5 avec une température notablement plus basse que celle du gaz de gazogene, et à cette température, les scories prennent une forme granulée* Le poussier de coke incandescent qui se rassemble dans la chambre de dépôt est sans cohésion, et roule depuis le talus 18 vers le canal de retour 8.
Les particules de charbon qui ne sont pas complètement distillées,
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reçoivent sur le talus 18 une distillation complémentaüe.
Le gaz de gazogène, déballasse du. coka volant, reçoit alors une utilisation postérieure; par exemple, il petit être brûlé
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dans la cl1aI1bra de combustion 19 sous une clLauà1ère> dans 1 air secondaire introduit par des canaux 20.
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Les étagea de tenpàratare du. gaz peuvent être calculés facilement au moyen d un analyse du. charbon, en
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supposant un écuange de calories de 100%. Le gaz de gazogène qui se forme aans la chambre de gazéification, à partir à coke tnuanaaacent, présente, dans le cas ou- la réaction a lieu. jusqu'à consommation complète du. coke, pour toutes les sortes, de charbons, une température calculée de 1580 .
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Dans le traitem.ent d un lignite de pouvoir ca- .Lortfiq\J.6 inférieur a 5300 cal., ci une teneur en coke de 389, d une teneur en humidité de 14j et d'une teneur en cendre de 8.5 %, on trouve par le calcul, sans tenir compte
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da la décomposition de la vapeur d. eau.., un abaissement de .La température du. gaz sous 1 action du. charbon introduit avec 1 appareil de lancement qui ramené cette température a 9700 C. Les différences de température que l'on obtient
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effectivement dans l'exploitation pra-iqQ6 sont plus faibles car l'échange de calories n'a pas lieu complètement.
Dans une marche de longue durée, avec le charbon ci-dessus ayant une grosseur de crains, de 0-5 m/m, on obtient dans le four de gazéification une température de 1350 C, et dans le courant de gaz refroidi, une température de 1050 0 ce Cette différence de température suffit, pour réaliser dans une exploration pratique les avantagea du procédé.
L échange calorifique et, par suite, la différence
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de température obtenue peuvent être Inilueneéa par la fi- nesse du. poussier de charbon introduit, par les. dimensions
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du four.de gazéification, ainsique par celles de la chambre de dépôt et par le mode d exécution du. dispositif de lan- cement.
L échange de calories entre le gaz et le charbon peut en outre être accru. de la maniere suivante. a/ Allongement de la durée de chute des par-moules de charbon, par le fait que, en des endroits, appropriés du trajet du gaz, on a prévu. des surfacea sur lesquelles se déposent, les particules, de charbon en suspension, pour re- tomber de nouveau. dans le courant de gaz, de sorte qu'elle sont freinées dans la chute.
Un mode d exécution de cette disposition est représenté sur le dessin a titre 3 exemple par les trois plateaux, superposés, 25, 26 et 27 sur lesquels le charbon lancé dans le four tombe en cascades, de sorte que la durée de la chute est notablement prolongées et que par le contact intensif entre le gaz et le charbon, 1 effi- cacité du, refroidissement est accrue.
Un autre avantage de cette disposition résulte du fait que le charbon qui descend du plateau 27 tombe de- vant l'attisoir 10, et que le gaz en revanche reçoit un changement de direction et une accélération qui détermine la séparation des particules entraînées. b/ Refroidissement par 1 ' eau.. Celui-cipeut avoir lieu de deux.manières. Ou. bien le charbon frais est humidifié; ou bien 1 ' eau. est injectée a l'état de fine di- vision à 1 ' endroit approprié) par exemple à l'entrée du gaz dans la chambre de dépôt par l'ouverture 28. o/ Refroidissement au moyen de une grille re- froidissante.
Dans le mode d exécution donné dans-le dessin a titre dexemple, la voûte est formée par les tuyaux 29.
Cette disposition est avantageuse parce qu'on peut ainsi lui donner une pente favorable à la trajectoire des parti-
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cules de charbon. Au-dessus de la cuve- de gazéification 1, on peut, en recouvrant les tuyaux. 30, diminuer savant les besoins la quantité de calories fournie à ces tuyaux.
La grille refroidissante dans son action complémentaire du refroidissement produit par le charbon, se règle par elle- même, puisque la chaleur rayonnée sur celle-ci varie, sui- vant la loi de rayonnement connue comme la quatrième puissance de la température;
par suite, avec. un charbon ayant un faible effet refroidissant le rayonnement, c'est à dire le refroi- dissement du gaz par la grille sera important, tandis qu'un gaz qui sera fortement refroidi par le charbon cédera à la grille une quantité de chaleur beaucoup plus faible. d/ Un autre moyen d'obtenir l'échange calorifique, ou d'accroître la température de la chambre de gazéification consiste à construire la cloison 23 de manière quelle pré- sente une partie inclinée vers 1 avant à la partie supérieure, et à rétrécir ainsi vers le haut la section da four de ga- zéification 1.
De cette manière, le rayonnement du four de gazéification vers le haut, sur la nappe de charbon froide, et, le cas échéant, sur la grille de refroidissement, est diminuée, ce qui a pour conséquence un accroissement de la température dans ce four. De plus., la quantité de charbon frais, qui, par suite d une trajectoire trop basse, tombe dans le four 1, et exerce une action refroidissante, est di- minuée.
Dans certains cas, il est désirable d abaisser le cycle de température de 1 ensemble du procédé. Dans de tels cas, l'air primaire insufflé à travers l'ouverture 3 est additionné d'une quantité correspondante de fumée ou de vapeur 3 eau. Le gaz carbonique de la fumée ou la vapeur
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d'eau sont décomposés dans le four de gazéification 1 par le coke incandescent avec absorption de calories, de sorte que la température du gaz de gazogène est déjà refroidie dans la mesure voulue avant qu'il n'atteigne la nappe de charbon.
L Introduction de vapeur d eau. au. point de vue due refroidissement intermédiaire des gaz constitue un avantage , par le fait qu une partie du. coke est gazéifiée par la va- peur d eau., par suite sans azote, de sorte que la gaz ob- tenu, par kilogramme de charbon présente pour une quantité moindre un pouvoir calorifique plus élevé, et qu'il est par suite plus fortement refroidi par le charbon frais. On peut obtenir un effet semblable si une partie du charbon frais est introduit a la partie inférieur du. four 1.
La gazéification s'effectue à l'état d'équilibre si la quantité d air primaire introduit suffit pour gazéifier la quantité totale de charbon introduite. Pour des charges différentes, en supposant. que le degré d efficacité du re- froidissement et le rapport entre la quantité d'air et la quantité de charbon soient les mêmes, le refroidissement par le charbon du gaz de gazogène let non pas le refroidisse- ment additionné par injection d'eau, ou. par la grille de refroidissement etc/ sera de même importance, puisque sur une quantité donné de gaz, il tombe quelle que soit la charge, la même quantité de charbon frais.
Par suite la température du. courant gazeux: refroidi donne le moyen de la régler/marche de 1 opération en réglant la quantité d air primaire d une manière qui dépend, de cette température.
Lorsque la température du. courant gazeux en 5 est trop élevée, on diminue la quantité d air primaire'de sorte que la quan- tité de gaz de gazogène soit diminuée et que le charbon frais agisse sur lui de manière à donner un refroidissement accru.
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Inversement, en insufflant une plus grande quantité 3 air primaire, on obtient une quantité accrue de gaz à température élevée, dans le cas ou. la température du, courant gazeux, en 5 était trop basse ; cette quantité accrue de gaz est moins refroidie par la qua@tité de charbon frais qui reste la mené. ce réglage de la température se fait automatiquement au moyen d'un dispositif de mesure de la température soumis la température de la chambre 5 qui, en fermant deux contacts qui sont réglés àl'intervalle de température désiré, par exemple 30 , met en marche le moteur de commande du.registre d air 21, et rait varier la quantité d air dans le sens indi- qué ci-dessus.
Dans le cas de modification de la charge, la quantité de charbon introduite et la position de base du. tiroir d'air 4 sont modifiés de manière correspondante; en regard de cela la quantité d'air est réglée automatiquement par 1 action du. pyromètre sur le registre de réglage 21; il en résulte le réglage du refroidissement du. gaz qui est essentiel pour la conduite régulière du. procédé.
Le peut aussi de préférence avoir lieu. de telle manière que le pyromètre dont on à parlé ci.,dessus déplace le registre d air 4 de la quantité nécessaire. Dans un el cas, la pression de 1 air dans la chambre 17 est maintenue de préférence constante par le réglage automatique du- registre 21.
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