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BRULEUR POUR COMBUSTIBLES SOLIDES.
Le brûleur pour combustibles solides faisant l'objet de l'inven- tion comporte une chambre de charge alimentée en combustible et un foyer comprenant une zone de distillation, une zone de combustion, une zone de réduction et une zone de cendres et scories, tandis que l'air de combustion est divisé au moins en deux parties :air primaire et air secondaire. Sui- vant l'invention l'air primaire et le combustible entrent dans la chambre de combustion en suivant le même chemin, traversent successivement la chambre de charge et la zone de distillation où l'air se charge des produits de distillation et les entraîne dans la zone de combustion.
Là, l'air cède son oxygène lors de la combustion des produits de distillation et se charge de C O2, entre dans la zone de réduction d'où, par suite de la réaction de CO2 sur le coke incandescent, l'air sort chargé de CO, traverse la zone des cendres et scories et sort du foyer riche en CO, où l'air secondaire, qui au préalable a refroidi au moins une partie des parois du foyer, sert de comburant aux gaz produits dans le foyer.
Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exem- ple quelques formes d'exécution du brûleur faisant l'objet de l'invention.
Dans la fige 1 la chambre de charge 1 est alimentée en combus- tible par un silo 2 muni d'une écluse rotative.Sous 3 arrive l'air primai- re 4,5,6,7 et 8 sont différentes zones dans le foyer, limité par des parois tronconiques 9 et 10. La paroi 9 et une paroi 11 limitent une chambre dans laquelle entre sous 12 l'air de refroidissement, qui en sort par une ouver- ture annulaire 13. Sous 14 entre l'air de refroidissement, qui circule dans la chambre limitée par la paroi 10 et une paroi 15. Cet air sort par une ouverture annulaire 16. Sous 17 se trouve une ouverture par laquelle sortent les gaz chauds produits dans le brûleur. 18 est le -cendrier récoltant les scories et cendres sortant du foyer par une ouverture annulaire 19 limitée par les parois 9 et 10.
Ces airs entrant en 12 et 14 sont dans ce cas, l'air secondaire.
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Le fonctionnement du brûleur est le suivant : Le combustible est distribué par le silo 2. Il entre dans la chambre de charge et arrive dans la zone 4. L'air de combustion entre par 3 et tra- verse la zone de combustible /,. Les zones 5,6,7 et 8 sont successivement des zones de distillation, de combustion des produits de distillation, de combustion du coke résidu solide de la distillation, et zone de cendres, restant après la combustion du coke.
La zone de combustion 6 chauffe par radiation l'air et le charbon de la zone 5. Ce dernier distille. Les gaz produits sont entraînés par l'air de combustion réchauffé dans la zone 6 où ils brûlent, formant du CO2 et du H2O. Le coke incandescent de la zone 7, résidu solide de la combustion dans la zone 6 en contact avec le CO2 donnera la réaction CO2 + C = 2 CO avec abaissement de la température. Cette réaction a lieu dans la zone 7. Les résidus solides de la combustion du coke, soit les cendres et scories, se trouvent dans la zone 8. De cette zone sortent d'une part des gaz chauds riches en CO et les cendres et scorzes.
Les gaz, en sortant par l'ouverture 19, se trouvent enveloppés par l'air secondaire ayant refroidi les parois du foyer. Les produits ga- zeux combustibles, au contact avec l'air secondaire, s'oxydent avec dégage- ment de chaleur
L'expulsion des scories peut être facilitée en imprimant au cône inférieur un mouvement de rotation combiné avec un mouvement axial oscillant. Le dispositif, facile à imaginer, n'a pas été représenté. Le cône pourrait être aussi constitué par des segments mobiles dont l'emploi dans certains gazogènes est connu. Ces dispositifs mécaniques ne changent en rien le principe du fonctionnement du brûleur.
Les avantages de ce type de brûleurconstatés aux cours d'es- sais, sont les suivants :
Les gaz de distillation, la suie, les goudrons, entraînés par l'air de combustion au travers d'une zone de coke incandescents permettent la transformation complète des dits produits en gaz combustibles, sous une température relativement basse. Les gaz produits dans le foyer sortent de celui-ci et sont mis en contact direct avec de l'air secondaire préchauffé, ce qui facilite leur combustion totale. La zone de réduction amène un abaissement de la température du foyer. Les gaz sortant du foyer et l'air secondaire ont une direction facilitant la séparation des cendres et des scories. Cette dernière est en outre accélérée par le changement de di- rection.
La gazéification et la réduction dans le foyer, puis la combus- tion à l'extérieur du CO permettent un abaissement de la température moyenne du foyer et l'emploi pour la construction de matériaux métalli- ques. Cette disposition du brûleur permet son application directe aux turbines à gaz, comme générateur d'énergie calorifique. Les températures maxima actuellement admissibles pour les gaz chauds à leur entrée dans la turbine, sont de 600-650 C. De ce fait les gaz de combustion d'un combus- tible solide devront être préalablement refroidis par de l'air de dilu- tion. Cet air ici, air secondaire, refroidit au préalable les parois du foyer sert de comburant aux gaz sortant du foyer, puis d'air de dilution.
En jouant sur les airs de combustion et de dilution ou secon- daire, on peut obtenir toute une gamme de températures des gaz chauds, per- mettant une facile régulation de la turbine à gaz.
La fige 2 donne une représentation schématique d'une applica- tion du brûleur pour la production de vapeur.
L'eau entre sous 30. En 20, elle refroidit une partie de la paroi du foyer, puis elle passe dans la zone de vaporisation et dans le collecteur de vapeur 22. Dans cette disposition les scories et cendres re- posent directement sur le fond du cendrier sans grille ou cône intermé- diaire.
. Comme il s'agit ici d'un générateur de vapeur, il faut avoir des gaz'le plus chaud possible. De ce fait, la quantité d'air de refroidisse- ment du foyer peut être limitée et correspondre seulement à l'air secondai- re strictement nécessaire pour la combustion totale des produits gazeux combustibles sortant du foyer;
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Le principe du fonctionnement est identique à celui expliqué pour la fig. 1.
Dans les figs. 3 et 4 sont représentés deux schémas du montage du brûleur dans le circuit d'une turbine à gaz.
Dans la fige 3 le compresseur d'air 23 est-entraîné par la tur- bine 24. L'air qui sort du compresseur est réchauffé dans un échangeur de chaleur 25 par les gaz d'échappement de la turbine. L'air, à sa sortie de l'échangeur, est divisé en deux parties principales : l'air primaire 26 et l'air secondaire qui, à son tour, est subdivisé en deux parties 27 et 28.
L'air primaire sert de comburant au combustible solide,tandis que les airs secondaires servent de refroidissement des parois, de comburant pour les gaz sortant du foyer et d'air de dilution des gaz chauds avant leur entréé en turbine. Ces derniers, à leur sortie 17 du brûleur, sont direc- tement dirigés à la turbine.
La fig. 4 est une variante de l'exemple fige 3. Dans ce cas, c'est à sa sortie du compresseur que l'air est divisé en deux parties.
L'air comburant pour le combustible passe seul dans l'échangeur de cha- leur, tandis que les airs secondaires sont dirigés directement au brûleur.
Il est évident que l'on peut imaginer beaucoup de variantes constructives du brûleur, soit des variantes de montage dans le circuit d'une turbine à gaz, soit de montage avec une chaudière. On peut par exem- ple munir la zone annulaire de sortie des gaz d'une grille en forme de peigne afin d'augmenter la section de passage des gaz tout en diminuant les pertes par imbrûlés,, le jeu entre dents du peigne fixant la dimension des imbrûlés pouvant sortir.
On peut en outre imaginer que l'air de dilu- tion se divise en trois parties au lieu de deux comme ci-dessus représen- té, par exemple : seul l'air secondaire strictement nécessaire à la com- bustion des gaz riches passe au travers des chambres de refroidissement du foyer, tandis que le supplément d'air nécessaire à l'abaissement de la température, est mélangé aux gaz chauds seulement après la combustion totale de ceux-ci.
On peut aussi imaginer facilement que l'air de combustion est préalablement réchauffé avant son entrée dans la chambre de charge et ceci en le faisant passer auparavant dans l'une ou l'autre des cham- bres de refroidissement du foyer.
Dans tous les cas,le brûleur suivant l'invention peut etre employé avec succès pour fournir l'énergie thermique nécessaire au fonctionnement d'une turbine à gaz, ou bien pour remplacer les foyers actuels des chaudières à eau chaude ou à vapeur. Son application à une turbine à gaz permet de substituer au mazout ou au dieseloil tout combustible solide, comme :anthracide, houille, coke, bois, tourbe etc. sous forme de "tout venant". Il permet une combustion totale des combus- tibles avec absence de fumée. Dans son emploi pour chaudières à eau ou à vapeur, le gros avantage est l'absence totale des dépôts de suie sur les tubes bouilleurs.
EMI3.1
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