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"Procédé pour l'exploitation de gazogènes sous pression pour combustibles solides, spécialement du charbon, et installation pour sa mise en oeuvre"
L'invention concerne un procédé pour l'exploitation de gazogènes sous pression pour combustibles solides, spécialement du charbon, en combinaison avec des installations à turbines à. gaz à. étages multiples, avec chauffage intermédiaire de l'agent moteur, ainsi qu'une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Des gazogènes pour combustibles solides doivent habituellement transformer le combustible solide en un gaz de combustion, en conservant autant que passible son énergie liée chimiquement. Le mode de construction et la conduite de l'exploitation dépendent en premier lieu de la composition et du rendement du gaz de combus- tion devant être obtenu. Le;.rendement du processus est d'autant meilleur que la proportion de l'énergie totale initiale, liée sous forme chimique, est plus grande dans le gaz, et que le gaz contient moins de substances de ballast, telles que le bioxyde de carbone, l'azote et la vapeur d'eau.
Les conditions sont toutes différentes lorsqu'on emploie, des gazogènes pour l'actionnement de turbines à combustion. Dans ce cas, il importe avant tout de transformer le combustible solide aussi complètement et aussi rapidement que possible en un produit gazeux exempt de poussières. La perte de chaleur vers l'extérieur doit être maintenue faible. Il importe toutefois peu que l'énergie originale apparaisse encore sous une forme liée chimiquement ou
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comme chaleur sensible. Ce n'est que la chaleur latente contenue dans la vapeur d'eau qui constitue une perte. La température plus élevée du gaz de combustion, qui est considérée comme gênante dans la plupart des installations de génération de gaz, est déjà un but final dans la combinaison gazogène-turbine à combustion.
La zone de températures au-dessous de 600 C, qui n'est plus que difficilement utilisable pour l'exploitation du gazogène, est précisément la zone principale de travail d'une turbine à gaz.
En d'autres termes, les produits de combustion qui sont obtenus lors de chaque gazéification selon les lois de l'équilibre chimique des masses (CO2 - ilµ0 - SO2 etc..), qui sont tous des substances gazeuses, forment déjà l'agent moteur définitif pour la machine de travail. Il suffit de les amener à la température voulue, par simple mélange avec la quantité nécessaire d'air de travail. Ils ne constituent donc aucunement des sous-produits gêr nanta, comme dans les gazogènes connus. Le gaz de combustion fourni par le gazogène, constitué principalement de CO, H2,et hydrocarbures, est un combustible vraiment idéal pour toute combustion à pression constante.
La présente invention concerne un procédé pour l'exploitation de gazogènes sous pression pour combustibles solides, spécialement du charbon, en combinaison avec des installations à turbines à gaz à étages multiples, avec chauffage intermédiaire'de l'agent moteur, qui a pour but d'améliorer le rendement et la puissance spécifique de l'installation d'ensemble, et en particulier d'in- corporer organiquement le processus de gazéification, son produit et le mode de construction le mieux approprié du gazogène, dans le cycle de la turbine à combustion à cycle ouvert, c'est-à-dire d'utiliser les propriétés spéciales d'un combustible gazeux engendré sous pression, avec un maximum d'avantages dans le cycle de la turbine à gaz.
Le procédé consiste en ce que la quantité totale de gaz de combustion nécessaire pour le chauffage et le chauffage intermédiaire est engendrée sous la pleine ou à peu près pleine pression de service, après quoi le gaz de combustion est utilisé en partie pour le chauffage direct de l'agent moteur et est amené en partie, après détente dans au moins une turbine à gaz de combustion, à au moins un dispositif de chauffage intermédiaire pour l'agent moteur.
On parvient ainsi à réduire considérablement les dimensions et l'encombrement des gazogènes, et le processus de gazéification est accéléré par la haute pression de service. La quantité de gaz employés pour le chauffage intermédiaire peut avantageusement être également utilisée pour la production de puissance par la détente à la pression moyenne dans une turbine à gaz de combustion.
Les différents flux de gaz de combustion sont avantageusement
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enlevée à des hauteurs différentes de la cuve du au des gazogènes, ce qui permet d'influencer, dans de larges limites, la stabilité du lit du combustible, la composition du gaz, la vitesse de gazéification et d'enlèvement, la température, la teneur en poussières et la teneur en goudron du gaz. L'installation pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte au moins un gazogène, se trouvant sous la plus haute pression de service, pour la gazéification de combustibles solides, spécialement du charbon, qui est équipé pour un enlèvement de gaz à plusieurs étages et qui est combiné avec une installation à turbines à gaz à étages multiples, avec des dispositifs de chauffage intermédiaire pour l'agent moteur.
L'invention sera décrite plus en détails avec référence au dessin annexé dans lequel :
Fige. l montre, en coupe longitudinale, un gazogène pour l'emploi de charbon comme combustible et comportant une prise de gaz de combustion à la zone de réduction, une stabilisation du lit de combustible par la. diminution de la vitesse pour une section transversale constante, ce gazogène étant combiné avec une installatian à turbines à gaz, avec chauffage intermédiaire de l'agent moteur.
Fig. 2 montre une vue en coupe longitudinale d'un gazogène comportant une prise de gaz de combustion à la zone d'oxydation, également combiné avec une installation à turbines à gaz, avec chauffage intermédiaire de l'agent moteur
Fig. 3 montre une vue de détail d'une prise de gaz de combus- tion au-dessus du lit de charbon, mais au-dessous du point d'introduction de l"air comburant et de refroidissement (air de mélange).
En Fig. 1, 1 désigne un gazogène pour combustibles solides, spécialement du charbon. L'air de gazéification pénètre en 2 sous la grille et traverse la zone d'oxydation 3, au-dessus de laquelle se trouve la zone de réduction 4, Le chemin allant au sas à scories est indiqué par 5. Une première prise de gaz s'opère dans la zone de gazéification proprement dite 4. par les ouvertures 6, le canal annulaire 7 et la conduite 8 allant à la chambre de combustion intermédiaire 9.
Le gaz de combustion peut aussi être préalablement détendu dans une turbine spéciale à gaz de combustion 10 et être amené graduellement à une turbine isotherme ou, à la fin de l'expansion, à pression moyenne dans la chambre de combustion in- termédiaire. Le restant du gaz de combustion s'écoule à travers toute la couche de charbon et est brûlé complètement avec l'air comburant amené en 11 et refroidi à la température de travail.
Cette amenée d'air comburant et de refroidissement peut être établie de telle façon que des particules de charbon, cendres et scories soient séparées du flux de gaz moteur* Le gaz d'échappe-
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ment s'écoule en 12 et est utilisé une première fois dans une turbine à haute pression 13, est réchauffé dans la chambre de combustion intermédiaire 9 déjà mentionnée, et est de nouveau utilisé dans une turbine à moyenne ou basse pression 14, et ainsi de suite* Les vitesses d'air et de gaz dans le gazogène diminuent fortement depuis le bas vers le haut, la section transversale restant la même, et produisent ainsi une stabilisation du lit de combustible.
Inversement, la quantité de gaz nécessaire pour le chauffage de l'air de travail utilisé dans l'étage haute-pression 13 peut, selon Fig.2. être enlevée directement à haute température, en 15, à la zone d'oxydation 3 située plus bas (gazéification ascensionnelle). Lors du mélange avec l'air arrivant en 16 du réchauffeur d'air (non illustré), il se produit seulement une combustion subséquente peu importante, mais principalement un refroidissement à la température de mélange désirée. Un système de refroidissement par mélange est monté en 17 dans l'installation. Ces gaz sont utilisés dans la turbine 13.
Le reste des gaz de combustion quitte le gazogène 1 par la zone de réduction 4, faisant suite à la zone d'oxydation, et est employé pour le chauffage intermédiaire de l'agent moteur dans une chambre de combustion intermédiaire 9, éventuellement après détente préalable dans une turbine à gaz de combustion à haute pression 10. Le gaz réchauffé est alors amené à une ou plusieurs turbines à basse pression (non montrées).
Les deux procédés permettent une charge sensiblement plus élevée du gazogène, étant donné que le lit de charbon inférieur fortement chargé (vitesse élevée de l'air) subit le poids d'un lit de charbon situé plus haut et faiblement chargé, et n'est donc pas soulevé par tourbillonnement. Cela agit en quelque sorte comme un filtre à poussières mécanique, qui est traversé à faible vitesse par le gaz. Le parcours allant de la prise de gaz (référence 15) jusqu'à l'entrée du canal annulaire 7, est également équipé pour la séparation des poussières.
Dans le cas où, selon la Fig. 3, le point de prise 6 du gaz de combustion est déplacé au-dessus du lit de charbon, mais audessous de l'entrée 11 de l'air de mélange, il subsiste également, une forte action de séparation des particules de charbon entraînées vers le haut puisque la vitesse du gaz se réduit à environ la moitié.
Dans le procédé mentionné en premier lieu, il sera obtenu un gaz de combustion à plus forte teneur en poussières, qui peut être détendu à la ou les pressions intermédiaires, soit dans une turbine de construction spéciale, soit directement dans un séparateur de poussières. Les prises étagées, qui sont nécessaires dans le procédé isotherme, peuvent être utilisées pour l'extraction et la
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séparation des poussières, aussi bien dans une turbine à gaz que dans un séparateur de poussières*
Dans le cas du deuxième procédé, le gaz de combustion pour le chauffage intermédiaire sera obtenu à l'état bien épuré, de sorte qu'il peut être utilisé, sans plus, pour la production de puissance dans une turbine. Par contre, l'enlèvement de gaz d'échappement dans la zone de combustion présentera une plus forte teneur 'en poussières.
Dans ce cas, l'amenée d'air de refroidissement peut, d'une manière appropriée, être utilisé pour la séparation des poussières. Ce procédé présente l'avan tage que l'agent moteur de l'étage haute pression subit la plus faible perte de pression, puisqu'il ne traverse que la zone de combustion et non pas la zone de gazéification.
Dans tous les cas, les fentes de prise de gaz 6 sont disposées et dimensionnées de telle façon que la direction d'aspiration soit approximativement perpendiculaire à la direction moyenne d'écoulement et que la vitesse d'aspiration reste faible (hauteur des fentes). De ce fait, on peut réaliser une grande-action filtrante du lit de,charbon, même pour le gaz enlevé par aspiration.
REVENDICATIONS.
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1 - Procédé pour l'exploitation de gazogènes sous pression pour combustibles solides, spécialement du charbon, en combinaison avec des installations à turbines à gaz à étages multiples, avec chauffage intermédiaire de l'agent moteur, caractérisé en ce que la quantité totale de gaz de combustion nécessaire pour le chauffage et le chauffage intermédiaire est engendrée sous la pleine ou à peu près pleine pression de service, après quoi le gaz de combustion est utilisé en partie pour-le chauffage direct de l'agent moteur et est amené en partie, après détente dans au moins une turbine à gaz de combustion, à au moins un dispositif de chauffage intermédiaire pour l'agent moteur.