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Installation thermique de force motrice L'invention a pour objet une installation thermique de force motrice dans laquelle un fluide de travail gazeux cir- cule en circuit fermé et est porté à une température plus élevée par un apport indirect de chaleur extérieure dans un échauffeur raccordé à au moins un gazogène, ce fluide étant ensuite détendu en cédant de la puissance à l'extérieur, pour être ensuite ramené à la pression plus élevée avant l'entrée dans l'échauffeur. On sait que le but du gazogène de ces installations consiste à per-
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mettre également la combustion d'un charbon peu coûteux et non préparé, de combustibles ayant une forte teneur en eau, tels que les lignites, et similaires, ce qui élargit considérablement les possibilités d'application des installations de la dite espèce.
Le but de l'invention consiste à améliorer l'économie des installations de ce genre par une utilisation aussi poussée que possible de la chaleur que contiennent les gaz de combustion de l'échauffeur du fluide de travail. A. cet effet, et suivant l'invention, le système de chauffage de l'échauffeur est, par rapport au sens de circulation des gaz de combustion, suivi de systèmes de chauffage qui sont traversés par la majeure partie, au moins, de l'air nécessaire au gazogène, par les gaz de chauf- fage produits dans ce gazogène, et par la majeure partie, au moins, de l'air nécessaire à la combustion de ces gaz dans l'é- chauffeur.
Dans un échauffeur de cette estégorie il est possi- ble d'abaisser fortement la température des gaz de combustion et, par conséquent, de réaliser un bon rendement de cet échauf- feur.
Dans les échauffeurs de gaz des installations ther- mjques de force motrice du genre décrit, comportant un circuit de circulation fermé, et dans lesquelles on réalise une récupé- ration poussée de la chaleur d'évacuation de la turbine, la tem- pérature de sortie des gaz de combustion est en effetfréquem- ment très élevée, plus élevée que dans les chaudières a vapeur, par exemple, La combinaison et le rassemblement, suivant l'inven- tion, de toutes les quantités d'air et de gazà chauffer pour la combustion permet justement, dans ces installations, d'abais- ser fortement cette température élevée de sortie et d'accroître ainsi l'économie totale de l'installation.
En même temps, on réalise pour le fonctionnement du gazogène je nouvelles possi-
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bilités qu'on ne peut obtenir que grâce à la nouvelle combinaison avec l'échauffeur d'air.
De cette façon l'air nécessaire au gazogène peut être chauffé de préférence à au moins 400 C dans l'échauffeur. Ceci permet de gazéifier, dans le gazogène même, des combustibles à forte teneur en eau, tels que les lignites, par exemple, sans qu'il soit nécessaire de les sécher préalablement. D'autre part, avec ces températures élevées de l'air introduit, on peut réa- liser dans le gazogène les températures nécessaires pour obtenir dans celui-ci une évacuation des mâchefers à l'état liquide.
Ces gazogènes offrent l'avantage qu'on peut les construire avec des dimensions plus réduites que celles des gazogènes ordinai- res. En outre, en procédant à l'évacuation des cendres à l'état liquide, on peut en enlever une plus grande partie que dans les gazogènes ordinaires, de sorte que les gaz de chauffage produits contiennent une quantité de cendres réduite dans les mêmes pro- portions.
Etant donne que, lors de la gazéification de combus- tibles à forte teneur en eau sans séchage préalable l'humidité contenue dans le combustible pénètre dans les gaz de chauffage produits par le gazogène, on prévoit, de préférence entre le gazogène et l'échauffeur un dispositif pour le refroidissement et l'épuration de ces gaz, dans lequel se produit également l'é- limination de la vapeur d'eau et des produits goudronneux con- tenus dans les gaz de chauffage.
L'élimination de la vapeur d'eau offre l'avantage que le pouvoir calorifique du gaz est augmenté ce qui est également important en ce sens que le ren- dement maximum., que l'on peut atteindre avec l'échauffeur de l'installation thermique de force motrice, est essentiellement fonction du pouvoir calorifique du combustible, et qu'il est
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d'autant plus élevé que le pouvoir calorifique du gaz de chauf- fage est lui-même plus élevé.
Deux exemples d'exécution de -L'objet; de l'invention ont été schématiquement représentés sur le dessin annexé.
La fig. 1 montre une installation thermique de force motrice gazogène dans laquelle le gaz orient du : gazo@ène est refroidi et épuré.
La fig. 2 représente une installation thermique de force motrice à gazogène dans laquelle un dispositif pour le refroidissement et l'épuration ;es gaz de cheuffage produits par le gazogène comporte complémentairement deux écangeurs de chaleur.
1 désigne un échautfeur servant au chauffage d'un fluide de travail circulant en circuit; .lermé, de préférence de l'air, destiné à une installation thermique de force @ourice.
Le chauffais proprement dit du fluide de travail a lieu dans un échangeur de chaleur tubulaire 2 autour duquel circulent les gaz de combustion produits de la manière décrite plus loin.
Dans l'échauffeur 1, le chauffage du fluide de travail est avan- tageusement poussé jusqu'à 500 C, au moins. Le fluide de tra- vail ainsi chauffé arrive par une conduire 3 dans une turbine 4 où il se détend en cédant de la puissance une machine 5, qui peut être une génératrice, par exemple. La turbine 4 actionne en même temps un compresseur centrifuge 6. Le fluide de travail détendu, sortant de la turbine 4, arrive par une conduite 7 dans un échaneur de chaleur 8, construit sous la forme d'un appareil à circulation par contre-courant, dans lequel ledit fluide cède sa chaleur à la partie du fluide de travail comprimée par le compresseur 6 ; par une conduite 9, cette partie comprimée passe du compresseur 6 dans cet échangeur de chaleur tubulaire 8.
Après
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avoir cédé sa chaleur dans l'échangeur de chaleur 8, le fluide de travail détendu arrive par une conduite 10 dans le compres- seur 6, tandis que le fluide de travail de pression plus élevée, qui a été réchauffé dans l'échangeur de chaleur 8, arrive par une conduite 11 dans l'échangeur de chaleur tubulaire 2 de l'échauf- feur 1.
12 désigne un gazogène construit pour le fonctionne- ment avec une évacuation de mâchefer à l'état liquide et dans lequel l'air frais entre par une conduite 13. Le gaz de chauf- fage produit dans ce gazogène 12 traverse un réfrigérant et un épurateur 14 et passe par une conduite 15 dans un système de chauffage, constitué par un échangeur de chaleur tubulaire 16, logé à l'intérieur de l'échauffeur 1 et qui, par rapport au sens de circulation des gaz de combustion, se trouve placé en aval de l'échangeur de chaleur 2. Le gaz de chauffage, chauffé dans l'é- changeur de chaleur 16, arrive par une conduite 17 dans un brû- leur 18 de l'échauffeur 1. Par l'intermédiaire d'une conduite 19, ce brûleur 18 reçoit également de l'air frais chauffé.
Le mélange de gaz de gazogène et d'air frais préalablement chauffé est,brûlé dans le brûleur 18 et fournit les gaz de combustion qui sont nécessaires au chauffage du fluide de travail de l'ins- tallation thermique de force motrice. L'air frais nécessaire au fonctionnement du gazogène 12 et du brûleur 18 arrive par une conduite 20 et passe de celle-ci, tout au moins en majeure par- tie sinon intégralement, dans un système de chauffage 21 cons- titué par un échangeur de chaleur tubulaire également logé à l'intérieur de l'échauffeur 1 et placé en aval de l'échangeur de chaleur 16 et, par conséquent, de l'échangeur de chaleur 2 par rapport au sens de circulation des gaz de combustion.
L'air frais chauffé dans l'échangeur de chaleur 21 passe dans une con-
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duite 22 de laquelle partent la conduite à air frais 13 allant au gazogène 12, et la conduite à air frais 19 allant au brûleur 18. 23 et 24 désignent des organes de réglage à travers les- quels une partie de l'air frais arrivant par la conduite 20 peut directement entrer dans la conduite 13, ou dans la con- duite 19, tout en contournant l'échangeur de chaleur 21. De cet- te façon, on peut agir séparément sur les températures finales des quantités d'air nécessaires au gazogène 12 et au brûleur 13.
Le refroidissement dans le réfrigérant 14, des gaz portant du gazogène 12 est réalisé par de l'eau qui arrive par une conduite 25 et provoque la condensation des vapeursd'eau etproduits goudronneux que contiennent les gaz .:le chauffage. L'eau qui s'accumule au-dessous du réfrigérant est évacuée par une condui- te 26, tandis que les produits goudronneux passant; par une con- duite 27 pour être amenés dans la conduite 13, où ils se mélan- gent avec de l'air frais chauffé, s'évaporent et sont ainsi réin- traduits dans le gazogène.
Les gaz de chauffage passant du ré- frigérant 14 dans l'échangeur de chaleur 16 sont relativement froids et peuvent ainsi soutirer une quantité relativement consi- dérable de chaleur au gazde combustion de l'échauf@eur 1, de sorte que ce dernier fonctionne avec un bon rendement. 11 est vrai que dans l'installation décrite il @aut prendre en compte les pertes provenant du refroidissement; des ce@ de chauffege dans le réfrigérant 14.
On peut obtenir une réduction, de ces pertes si, dans le réfrigérant des gaz de chauffage, on intercale encoredes échangeurs de chaleur de la manière indiquée dans la fig. 2.
Les éléments de cette figure, qui correspondent aux éléments équivalents de la fig. 1, sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Le dispositif pour le refroidissement et l'épura-
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tion des gaz de chauffage provenant du gazogène 12 est subdivi- sé en deux moitiés 28, 29, auxquelles l'eau de refroidissement arrive par des conduites 30 ou 31 respectivement. Dans chacune des moitiés 28, 29 est intercalé un échangeur de chaleur à tubes verticaux 32 ou 33, dans lesquels circulent en parallèle les gaz de chauffage à refroidir et qui sont disposés au-dessus de l'orifice des conduites d'arrivée de l'eau de refroidissement 30 ou 31.
Dans l'échangeur de chaleur 33, les gaz de chauffage cèdent leur chaleur àl'air frais qui arrive par une conduite 34 et qui, après chauffage, passe par une conduite 35 dans l'échangeur de chaleur tubulaire 21. Dans l'échangeur de chaleur 32, par contre, les gaz de chauffage à refroidir cèdent leur chaleur aux gaz déjà refroidis et débarrassés de l'eau et du goudron; après leur rechauffage, les gaz s'écoulant de l'échan- geur 32 passent par une conduite 36 dans l'échangeur de chaleur tubulaire 16. Les gaz de chauffage à refroidir n'arrivant en con- tact avec l'eau de refroidissement qu'après leur sortie des échan- geurs de chaleur 32 et 33, l'eau n'a plus qu'à évacuer une quan- tité de chaleur relativement réduite.
Le fait que la chaleur provenant de la condensation de la vapeur d'eau contenue dans les gaz de chauffage arrivant du gazogène n'est pas seulement soutirée par les gaz épurés, mais également par l'air frais, assure une utilisation aussi poussée?'que possible de cette cha- leur.
Les produits goudronneux et l'eau de condensation peuvent facilement s'écouler par les tubes verticaux des échan- geurs de chaleur 32 et 33. Il faut veiller à ce que ces échan- geurs de chaleur se laissent facilement monter et démonter et qu'il soit facile de nettoyer les tubes.
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Le cas échéant, on pourra prévoir un seul échangeur de chaleur dans le réfrigérant des gaz de chauffage, dans cet échangeur les gaz de chauffageà refroidir peuvent céder leur chaleur, soit à l'air frais, soit aux gaz déjà refroidis et épu- rés.
Il convient de prévoir également des moyens réglables perme ttant d'agir sur la température finale desgaz de chauffa- ge, d'une manière indépendante de la température des quantités d'air frais chauffées.
L'air frais nécessaire au gazogène, et l'air frais nécessaire au fonctionnement de l'échauffeur, peuvent également être chauffés dans dessystèmesde chauffage séparés de l'échauf- feur pour le fluide de travail circulant en circuit .fermé; dans ce cas les deux systèmes de chauffage doivent être placés en aval du système de chauffage du fluide de travail, considéré par rap- port au sens de circulation des gaz de combustion.
Au besoin, l'échauffeur peut également être raccordé à plusieurs gazogènes.
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Motive force thermal installation The object of the invention is a motive force thermal installation in which a gaseous working fluid circulates in a closed circuit and is brought to a higher temperature by an indirect supply of external heat in a heater connected to a heater. at least one gasifier, this fluid then being expanded by transferring power to the outside, to then be brought back to the higher pressure before entering the heater. We know that the purpose of the gasifier in these installations is to
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also put the combustion of inexpensive and unprepared coal, fuels with a high water content, such as lignites, and the like, which greatly expands the possibilities of application of installations of the said kind.
The aim of the invention is to improve the economy of installations of this type by using as much as possible of the heat contained in the combustion gases from the heater of the working fluid. A. For this purpose, and according to the invention, the heating system of the heater is, with respect to the direction of circulation of the combustion gases, followed by heating systems which are traversed by the major part, at least, of the The air required for the gasifier, by the heating gases produced in this gasifier, and by the major part, at least, of the air required for the combustion of these gases in the heater.
In a heater of this category, it is possible to greatly reduce the temperature of the combustion gases and, consequently, to achieve a good efficiency of this heater.
In the gas heaters of the motive force thermal installations of the type described, comprising a closed circulation circuit, and in which a high recovery of the exhaust heat from the turbine is carried out, the outlet temperature of combustion gases is indeed frequently very high, higher than in steam boilers, for example, The combination and collection, according to the invention, of all the quantities of air and gas to be heated for the Combustion makes it possible, in these installations, to greatly reduce this high outlet temperature and thus increase the total economy of the installation.
At the same time, new possibilities are realized for the operation of the gasifier.
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bilities that can only be obtained thanks to the new combination with the air heater.
In this way the air required for the gasifier can preferably be heated to at least 400 ° C. in the heater. This makes it possible to gasify, in the gasifier itself, fuels with a high water content, such as lignite, for example, without it being necessary to dry them beforehand. On the other hand, with these high temperatures of the introduced air, it is possible to achieve in the gasifier the temperatures necessary to obtain therein an evacuation of the bottom ash in the liquid state.
These gasifiers offer the advantage that they can be constructed with smaller dimensions than those of ordinary gasifiers. In addition, by evacuating the ash in a liquid state, more of it can be removed than in ordinary gasifiers, so that the heating gases produced contain a reduced quantity of ash in the same products. portions.
Since, when gasifying fuels with a high water content without prior drying, the moisture contained in the fuel penetrates into the heating gases produced by the gasifier, it is preferably provided between the gasifier and the heater a device for the cooling and purification of these gases, in which also takes place the elimination of the water vapor and tarry products contained in the heating gases.
The elimination of water vapor offers the advantage that the calorific value of the gas is increased which is also important in that the maximum efficiency, which can be achieved with the heater of the gas. thermal power plant, is essentially a function of the calorific value of the fuel, and that it is
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the higher the calorific value of the heating gas itself.
Two examples of execution of -The object; of the invention have been shown schematically in the accompanying drawing.
Fig. 1 shows a thermal installation of gas generating motive force in which the gas directed from: gasoline is cooled and purified.
Fig. 2 represents a thermal power plant with gasifier in which a device for cooling and purification; the heating gases produced by the gasifier additionally comprises two heat exchangers.
1 denotes a scaler for heating a working fluid circulating in a circuit; .limited, preferably air, intended for thermal installation @ourice force.
The actual heating of the working fluid takes place in a tubular heat exchanger 2 around which circulate the combustion gases produced in the manner described below.
In the heater 1, the heating of the working fluid is advantageously increased to at least 500 ° C. The thus heated working fluid arrives via a conduit 3 in a turbine 4 where it expands by transferring power to a machine 5, which may be a generator, for example. The turbine 4 simultaneously operates a centrifugal compressor 6. The expanded working fluid, leaving the turbine 4, arrives through a pipe 7 in a heat exchanger 8, constructed in the form of a counter-current circulation device. , wherein said fluid transfers its heat to the part of the working fluid compressed by the compressor 6; via a pipe 9, this compressed part passes from the compressor 6 into this tubular heat exchanger 8.
After
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having given up its heat in the heat exchanger 8, the expanded working fluid arrives through a line 10 in the compressor 6, while the higher pressure working fluid, which has been reheated in the heat exchanger 8, enters the tubular heat exchanger 2 of the heater 1 via a pipe 11.
12 designates a gasifier constructed for operation with a clinker discharge in the liquid state and in which the fresh air enters through a pipe 13. The heating gas produced in this gasifier 12 passes through a condenser and a scrubber 14 and passes through a pipe 15 in a heating system, consisting of a tubular heat exchanger 16, housed inside the heater 1 and which, with respect to the direction of circulation of the combustion gases, is placed in downstream of the heat exchanger 2. The heating gas, heated in the heat exchanger 16, arrives through a pipe 17 in a burner 18 of the heater 1. Via a pipe 19, this burner 18 also receives heated fresh air.
The mixture of gasifier gas and previously heated fresh air is burnt in the burner 18 and provides the combustion gases which are necessary for heating the working fluid of the thermal motive power plant. The fresh air necessary for the operation of the gasifier 12 and of the burner 18 arrives via a pipe 20 and passes from the latter, at least for the most part if not entirely, into a heating system 21 constituted by a heat exchanger. tubular heat also housed inside the heater 1 and placed downstream of the heat exchanger 16 and, consequently, of the heat exchanger 2 with respect to the direction of flow of the combustion gases.
The fresh air heated in the heat exchanger 21 passes into a con-
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pick 22 from which leave the fresh air pipe 13 going to the gasifier 12, and the fresh air pipe 19 going to the burner 18. 23 and 24 designate regulating members through which part of the fresh air arriving by the pipe 20 can directly enter the pipe 13, or the pipe 19, while bypassing the heat exchanger 21. In this way, it is possible to act separately on the final temperatures of the quantities of air required for the heating. gasifier 12 and burner 13.
The cooling in the condenser 14, of the gases carrying the gasifier 12 is carried out by water which arrives through a pipe 25 and causes the condensation of the vapors of water and tarry products which the gases contain. The water which accumulates below the condenser is discharged through a pipe 26, while the tarry products passing; through a pipe 27 to be brought into the pipe 13, where they mix with fresh heated air, evaporate and are thus reintroduced into the gasifier.
The heating gases passing from the refrigerant 14 to the heat exchanger 16 are relatively cold and can thus withdraw a relatively considerable amount of heat from the combustion gas of the heater 1, so that the latter operates with it. a good yield. It is true that in the installation described it is necessary to take into account the losses resulting from the cooling; heating elements in the refrigerant 14.
A reduction in these losses can be obtained if heat exchangers are inserted in the refrigerant of the heating gases in the manner shown in fig. 2.
The elements of this figure, which correspond to the equivalent elements of FIG. 1, are designated by the same reference numerals. The device for cooling and purifying
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The heating gases from the gasifier 12 are subdivided into two halves 28, 29, to which the cooling water arrives through pipes 30 or 31 respectively. In each of the halves 28, 29 is interposed a heat exchanger with vertical tubes 32 or 33, in which the heating gases to be cooled circulate in parallel and which are arranged above the orifice of the inlet pipes of the cooling water 30 or 31.
In the heat exchanger 33, the heating gases give up their heat to the fresh air which arrives through a pipe 34 and which, after heating, passes through a pipe 35 in the tubular heat exchanger 21. In the heat exchanger. heat 32, on the other hand, the heating gases to be cooled give up their heat to the gases already cooled and freed from water and tar; after they have been reheated, the gases flowing from the exchanger 32 pass through a pipe 36 into the tubular heat exchanger 16. The heating gases to be cooled only come into contact with the cooling water. After exiting the heat exchangers 32 and 33, the water only has to remove a relatively small amount of heat.
The fact that the heat from the condensation of the water vapor contained in the heating gases arriving from the gasifier is not only withdrawn by the purified gases, but also by the fresh air, ensures such extensive use? ' as much as possible of this heat.
Tarry products and condensed water can easily flow out through the vertical tubes of heat exchangers 32 and 33. It must be ensured that these heat exchangers are easy to assemble and disassemble and that they is easy to clean the tubes.
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Where appropriate, a single heat exchanger may be provided in the refrigerant for the heating gases, in this exchanger the heating gases to be cooled can give up their heat, either to fresh air or to the gases which have already been cooled and purified.
It is also necessary to provide adjustable means permitting to act on the final temperature of the heating gas, independently of the temperature of the quantities of fresh air heated.
The fresh air required for the gasifier, and the fresh air required for the operation of the heater, can also be heated in heating systems separate from the heater for the working fluid circulating in a closed circuit; in this case the two heating systems must be placed downstream of the heating system of the working fluid, considered in relation to the direction of circulation of the combustion gases.
If necessary, the heater can also be connected to several gasifiers.
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