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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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