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"Procédé et installation pour la génération de gaz chauds, de préférence pour l'actionnement de turbines à gaz"
La génération de gaz moteurs pour turbines à gaz à combustion continue (appelées en abrégé "turbines à combustion"')' s'effectue dans une chambre de combustion, par la combustion sous pression de gaz, huile ou poussier de charbon.
Au lieu de pulvériser des combustibles solides et de les brûler dans un foyer à poussier, il a également déjà. été proposé de les gazéifier dans un gazogène et de brûler ce gaz dans la chambre de combustion. Afin d'éviter ces opérations séparées de gazéification et de combustion du gaz engendré, qui exigent l'emploi d'un gazogène et d'une chambre de combustion, on a déjà préconisé de brûler des combustibles solides dans un four à cuve, sous une pression et avec un excès d'air tels que, à. la sortie de ce four, les produits de la combustion possèdent aussi bien la pression nécessaire pour l'entraînement qu'une température élevée, qui est avantageuse au point de vue du rendement de la turbine à gaz, mais qui n'est cependant pas dangereux pour l'ailettage.
Par rapport à la combustion à pression atmosphérique ou à une légère surpression, tel qu'il était d'usage pour les fours à cuve et les chaudières, la combustion à la pression élevée nécessaire pour l'actionnement de la turbine à gaz présente l'avantage que la combustion est beaucoup plus intensive et que les dimensions du four devien-
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nent beaucoup plus faibles. Si la combustion devait s'opérer seule- ment avec l'excès d'air usuel dans les;chaudières, la température finale des gaz deviendrait beaucoup trop élevée pour l'actionnement de la turbine à gaz.
Selon le procédé suivant l'invention pour la génération de gaz chauds, de préférence pour l'actionnement de turbines à gaz, par la combustion de combustibles solides dans un four à cuve, sous une pression et avec un excès d'air tels que les produits de la combus- tion possèdent aussi bien la pression nécessaire pour l'actionnement de la turbine, le fonctionnement du gazogène et analogues, qu'une température élevée qui n'est toutefois pas dangereuse pour l'ailettage de la turbine, pour les tuyaux et autres éléments, une partie de l'air comprimé servant à la combustion du combustible et au refroidissement des gaz de combustion étant introduite directement dans une couche de combustion,
il est recommandable d'utiliser d'autres parties de l'air comprimé comme air réfrigérant et pour la sépara- tion centrifuge de résidus de combustion entraînés et des particules qui sont toujours emportées de la couche de combustible, et pour les ramener ensuite tous deux dans le lit de combustion.
Une partie, au moins, du grand excès d'air frais qui est né- cessaire pour abaisser la température finale des produits de combustion à une valeur appropriée, peut alors être introduite dans la couche de hauteur convenable de combustible en combustion, en une quantité et d'une manière telles que la couche soit ameublie par l'air, que les particules individuelles de combustible soient entourées d'air et partiellement portées par celui-ci. La combustion intensive, qui est déjà due à la grandeur de la pression d'air appliquée, est de ce fait encore renforcée sensiblement, de sorte que les dimensions du four peuvent encore être réduites pour une puissance donnée.
Le fait que, à cette pression d'air élevée et à la chute de pression disponible, la couche de combustible peut avoir une grande hauteur, concourt également à l'obtention de ce résultat. Avec ce mode de fonctionnement, on ne peut toutefois pas empêcher que de petites particules du combustible soient entraînées avec les produits de la combustion, par suite de la grande force d'entraînement de l'air comprimé et la grande quantité de celui-ci. Il faut donc prévoir, en aval de la couche en combustion, une installation qui sépare ces résidus solides afin d'éviter qu'ils n'atteignent la turbine à gaz et ne provoquent l'érosion des aubages, tubes, etc.. dans celle-ci.
Pour cette raison, on emploie utilement une partie de l'air comprimé, qui sert au refroidissement des produits de la combustion, pour produire, dans la partie supérieure du four à cuve, un tourbil-
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lonnement qui est capable de séparer ces résidus solides par oentri- fugation. Dans ce but, la partie de l'air comprimé, qui est utilisée à cet effet, peut être amenée par des tuyères tangentielles dans la chambre de séparation. On peut alors utiliser un ou plusieurs séparateurs de types connus.
En même temps -et,cela est encore plus important- la combustion du gaz combustible montant est très sensiblement favorisée par cet air insufflé tangentiellement, qui constitue en premier lieu l'air secondaire et qui n'agit qu'avec son excès comme air réfrigérant.
Il se produit une réduction extrêmement intensive des gaz de combustion, puisque le lit de charbon est chauffé par le haut par retroradiation de la flamme (dépendance de l'équilibre CO-CO2 de la température dans la zone de réduction).
Le combustible peut être introduit par le bas dans la zone de combustion, à la manière d'un foyer à alimentation inférieure. Il est toutefois préférable de l'introduire par le haut, afin que les plus gros morceaux, non encore brûlés, se trouvent à la surface de la couche en combustion, puisque ces gros morceaux sont moins entraînés que les morceaux qui ont déjà diminué de volume ou sont devenus tout petits par suite de la combustion. Le combustible se déplace alors de haut en base.
Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est par exemple constituée par un four à cuve comportant une ouverture d'alimentation pour le combustible solide et une conduite d'évacuation des gaz engendrés, agencés dans sa partie supérieure, un cône pour étaler le combustible tombant sur lui, ainsi que des tuyères agencées au-dessus et au-dessous du cône, dont les premières sont dirigées tangentiellement et servent à produire, au moyen de l'air réfrigérant introduit par ces tuyères, un tourbillonnement des gaz d'échappement pour en séparer, par centrifugation, lea particules de scorie et de combustible, tandis que les tuyères inférieures sont destinées en partie à l'introduction d'air comprimé dans le lit de combustion pour ameublir et assurer la combustion intensive de la couche de combustible,
et en partie à la réintroduction des particules de scorie et de combustible séparées par centrifugation, qui sont amenées, avec l'air de trans port, de la partie supérieure du four à cuve vers la partie inférieure du lit de combustion, en passant par des conduites de déri- vat io n.
Il s'est avéré utile que les scories soient liquéfiées et maintenues liquides par une conduite appropriée de la combustion, ce qui permet de les évacuer beaucoup plus facilement, par éclusage, hors de la chambre à pression que lorsqu'il s'agit de scories solides,, La température de fusion des scories peut,alors être réglée par l'addition de substances déterminées au combustible.
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Le dessin annexé montre un exemple de réalisation de l'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Le combustible (montré en hachuré), introduit par éclusage à l'aide d'un dispositif non illustré, pénètre dans le four à cuve à travers un tuyau a. et s'étale sur le cône pour s'écouler à la périphérie du four, suivant son talus naturel, sur le lit de combustible c. De l'air comprimé est introduit par des tuyères dans le lit de combustion, en quantité appropriée pour produire l'ameublissement désiré de la couche de combustible et assurer en conséquence une combustion intensive. Les gaz de combustion s'écoulent à travers la couche de combustible à la périphérie du cône b. ainsi que par les trous prévus dans celui-ci, en traversant partout du combustible frais qui arrive vers le lit de combustion.
Par des tuyères e disposées tangentiellement, on introduit également de l'air qui agit comme air secondaire pour la combustion du gaz combustible et dont l'excès agit comme air réfrigérant et produit également un tourbillonnement des gaz d'échappement, dont l'action centrifuge provoque la séparation des résidus solides de la combustion et des particules de la couche de combustible qui sont toujours entraînées.
Etant donné que les résidus solides peuvent encore contenir beaucoup de particules non brûlées, en raison du mode de combustion spécial, il est utile de ramener ces résidus dans le lit de combustion du four à cuve, au moyen d'air transporteur qui les enlève, par éclusage, du séparateuro Pour assurer leur réintroduction, il est nécessaire d'augmenter quelque peu la pression de l'air transporteur, puisque celui-ci se trouve à une pression plus faible que celle règnant dans la chambre de combustion, par suite des pertes dans le séparateur. On peut produire cette augmentation par des ventilateurs spéciaux g et par des appareils à jet h qui sont actionnés par l'air comprimé frais qui arrive et qui sert ensuite à la combustion.
Les résidus sont donc aspirés en f avec les gaz en tout cas engendrés, et sont ramenés dans le lit de combustion par les ventilateurs g ou les appareils à jet h et les tuyères i, et les résidus combustibles sont ainsi brûlés. Cette aspiration des poussières peut être répétée. Les-gaz ainsi épurés passent par le tuyau k concentrique à l'amenée de combustible a. entrent dans la chambre 1 et sont conduits de là, par le tuyau m, vers leur point d'utilisation proprement dit, dans une turbine à gaz, un surchauffeur, ou un générateur de vapeur, eau chaude ou air chaud.
Pour aider le séparateur de poussières, le oombustible arrivant par le haut peut aussi être conduit de telle façon que les produits de la combustion doivent traverser une couche de combustible, doivent chauffer celui-ci et se refroidir eux-mêmes, tandis qu'une grande partie des résidus solides entraînés par les produits de la
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combustion est retenue dans la couche de combustible.
Etant donné que, dans cette disposition, des particules légères de combustible, produites par l'écrasement du combustible, peuvent être emportées par les gaz et que, d'autre part, une certaine dégazéification du combustible frais qui arrive peut être provoquée par les produits chauds de la combustion, il est utile de monter encore des sépara- teurs centrifuges ou analogues en.aval d'un tel genre de dépoussié- reur, pour ramener. alors les poussières combustibles séparées et les gaz qui sont de toute façon produits par le combustible, à l'aide d'air transporteur dans le lit de combustion.
REVENDICATIONS.
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1 - Procédé pour la génération de gaz chauds, de préférence pour l'actionnement de turbines à gaz, par la combustion de combus- tibles solides dans un four à cuve, sous une pression et avec un excès d'air frais tels que les produits de la combustion possèdent aussi bien la pression nécessaire pour l'aotionnement de la turbine, qu'une température élevée, qui n'est toutefois pas dangereuse pour l'ailettage de la turbine, les tubes et autres éléments, tandis qu'une partie de l'air comprimé servant à la combustion du combus- tible et au refroidissement des gaz de combustion est introduite directement dans une couche de combustible,
caractérisé en ce que d'autres parties de l'air comprimé sont utilisées comme air réfrigérant et pour la séparation centrifuge des résidus de combustion entraînés et des particules qui sont toujours emportées de la couche de combustible, et pour les ramener ensuite dans le lit de combustion.