<Desc/Clms Page number 1>
FOUR POUR DISTILLER ET GAZEIFIER DES COMBUSTIBLES RICHES EN CENDRES.
Le traitement de transformation de combustibles riches en cen- dres, tels que de schiste à huile, schistes provenant du lavage, dans le but d'obtenir un gaz convenant aux foyers, n'est pas réalisable avec les dispositifs appropriés aux combustibles pauvres en cendres, notamment des fours à coke et d'usine à gaz, les générateurs à grille tournante et à coulée, que ceux-ci soient l'objet d'une exploitation continue ou discontinue.
La rai- son de ceci est qu'un simple chauffage direct des combustibles est dès l'a- bord antiéconomique, mais un chauffage indirect non plus ne peut être prati- qué de la même manière qu'avec des combustibles pauvres en cendres, car il faut tenir compte du point de fusion des constituants de cendres contenus dans les combustibles et il faut éviter un échauffement trop fort du combus- tible, même s'il n'est que local. D'autre part il faut veiller, malgré que la température de combustion reste basse, que les constituants combustibles soient gazéifiés sans restes car une teneur trop forte en matière combusti- ble pourrait d'une part, mettre en danger la rentabilité, d'autre part la possibilité d'utilisation du résidu non combustible.
On a déjà, pour la distillation et la gazéification partielle, en particulier de schiste à huile, employé des chambres de fours verticales, exploitées de manière continue, de section rectangulaire, dans lesquelles l'agent de balayage s'écoule à travers le combustible d'un côté large à l'au- tre. En particulier on a prévu alors dans la paroi d'introduction de l'agent de balayage, encore un chauffage direct qui sert en même temps à échauffer l'agent de balayage, en principe de la vapeur d'eau. Avec ces fours on n'a pas réussi toutefois à réaliser une combustion complète (épuisement complet par combustion) des combustibles riches en cendres traités, de sorte que l'économie de ces installations était toujours sujette à caution.
On a reconnu à présent qu'il faut éviter à vrai dire une tempé- rature trop élevée du combustible mais cependant réaliser l'apport de cha- leur essentiel par la combustion de la matière, donc par exemple par l'ame- née d'air ou d'air enrichi en oxygène, et qu'une exploitation ordonnée et une combustion complète de la matière n'est possible que lorsque l'épais- seur de la couche de combustible dans la direction traversée par l'agent de balayage, c'est-à-dire la distance d'un coté large de la chambre à l'autre,
<Desc/Clms Page number 2>
doit être choisie relativement petite, mais la hauteur de la paroi d'intro- duction d'agent de balayage être choisie relativement forte.
La limite su- périeure des températures admissibles et la durée nécessaire du processus de gazéification ont conduit à la règle qui fait l'objet de la présente invention et qui consiste en une prescription de dimensionnement pour un tel four à distiller et à gazéifier des combustibles riches en cendres avec des chambres verticales, exploitées de manière continue., de section rectan- gulaire., autant que possible de section rectangulaire allongée, dans les- quelles l'agent de balayage s'écoule à travers le combustible, d'un côté large à l'autre.
Cette prescription indique que la hauteur de combustible sur laquelle est admis l'agent de balayage c'est-à-dire la hauteur de la paroi à l'intérieur de laquelle se trouvent les moyens d'admission de l'a- gent de balayage doit, par rapport à l'épaisseur de couche de combustible, c'est-à-dire par rapport à l'écart entre les deux côtés larges de la cham- bre, ou du côté le plus court du rectangle qui est formé par une section horizontale de la chambre, être dans un rapport supérieur à 10:1. Les pro- portions, à considérer de préférence en pratique, de ces deux grandeurs (hauteur de combustible à l'admission et épaisseur de couche) se trouvent être 10 :1 et 20:1.
La plupart des combustibles pauvres en cendres ont une si for- te teneur en eau,qu'une partie importante de la chaleur à appliquer doit être employée pour l'évaporation de l'eau. On a donc prévu en tête du puits de distillation et de gazéification proprement dit, une zone de séchage. Le séchage peut être poussé si loin qu'il se produit un certain préchauffage du combustible,jusqu'à des températures qui se trouvent de près en dessous de la température de distillation.
Toutefois pour assurer l'amorçage de la réaction désirée, c'est-à-dire le début de la distillation et de la gazéifi- cation partielle en régime d'exploitation continue, on emploie, suivant une extension de l'invention, un dispositif d'allumage que le combustible traverse après avoir quitté la zone de séchage ou de préchauffage et avant l'entrée dans la zone de distillation ou de gazéification.
Un tel dispositif d'allumage peut être réalisé des manières les plus diverses. Il peut consister en un chauffage direct de la paroi d'entrée de l'agent de balayage, car ce n'est qu'à l'endroit de celle-ci que le com- bustible a besoin d'avoir la température nécessaire pour l'amorçage de la réaction. On peut aussi introduire dans le combustible de l'airporté à hau- te température ou un autre porteur d'oxygène à partir de la paroi d'introduc- tion d'agent de balayage, ce qui produit un échauffement d'une mince couche du combustible jusqu'à la température nécessaire, avec allumage simultané.
Enfin, on peut amener aussi à cet endroit dans le combustible des gaz brûlés d'origine quelconque, à température assez élevée. Pour le déroulement sans gêne du processus de gazéification, il est nécessaire que, d'abord, l'agent de balayage n'ait qu'une faible teneur en oxygène, afin que, tant que la ma- tière contient encore une proportion appréciable d'éléments combustibles, il ne se produise pas de surchauffages qu'on doit éviter à cause du danger de forte fusion. Plus le combustible descend, plus forte peut être la teneur en oxygène de l'agent de balayage. Si l'on se contente au début d'une teneur en oxygène de 3 %, celle-ci doit monter, jusqu'à la fin de la zone de combustion, jusqu'à environ 15 %.
Dans la zone de gazéification, la teneur en oxygène doit se tenir entre à peu près 3 et 8 %, dans la zone de combustion, de pré- férence entre 12 et 15 %. Par contre, au début de la gazéification, la tem- pérature de l'agent de balayage doit être relativement élevée, car le lit de combustible doit d'abord être autant que possible échauffé, et ensuite doit avoir la température nécessaire pour la réaction seulement du côté de la paroi d'introduction de l'agent de balayage.
Pendant la descente du com- bustible, la température monte peu à peu aussi dans les couches qui sont plus éloignées de la paroi d'introduction de l'agent de balayage, jusqu'au bout de la zone de combustion, aussi dans les couches se trouvant contre la paroi d'introduction de l'agent de balayage qui ont pris la température de par exemple 700 à 8000 nécessaire à la gazéification du combustible. Dans ces couches inférieures la température de l'agent de balayage introduit peut et doit aussi être plus basse car ici l'agent de balayage traverse des couches
<Desc/Clms Page number 3>
de combustible dans lesquelles la matière brülable est déjà gazéifiée et qui ont alors pris une température élevée.
Si 1-'on introduit ici de l'agent de balayage à température relativement basse, il a une action refroidissante sur la cendre; de ce fait on évite des pertes par chaleur sensible.
En résume, on arrive donc à la règle que la teneur en oxygène de l'agent de balayage, calculée dans la hauteur de la chambre, doit augmenter de haut en bas, la température à laquelle l'agent de balayage est introduit, doit cependant diminuer de haut en bas.
Le séchage et la gazéification du combustible se font avantageu- sement par de la vapeur d'eau, qui est amenée en circuit à la zone de sécha- ge, toujours à nouveau, par 1-'intermédiaire d'un réchauffeur. Il se produit alors continuellement de la vapeur d'eau qui est retirée et qui, suivant une extension de l'invention, éventuellement après addition d'air ou de gaz de gé- nérateur et surchauffage correspondant, sert d'agent de balayage dans des zo- nes de gazéification.
Si;, outre le chauffage indirect du combustible, un chauffage di- rect du combustible a lieu, le dispositif de chauffage prévu pour cela peut produire en même temps un préchauffage de l'agent de balayage. Le préchauf- fage différent désiré de l'agent de balayage (fort chauffage en haut, chauf- fage faible ou nul en bas) peut alors être mené de telle façon que le chauf- fage direct se fasse par trains, qui brûlent de haut en bas, tandis que l'a- gent de balayage est introduit en bas. De cette manière l'agent de balayage su- bit un chauffage d'autant plus grand qu'il est introduit dans la chambre a un endroit plus élevé.
Un four suivant l'invention, dans lequel les nouveaux procédés peuvent aussi'être appliqués, est représenté au dessin ci-annexé, et en fait: la figure 1 est une coupe verticale transversale à l'axe lon- gitudinal du four, - la figure 2 est une coupe horizontale correspondant à II-II de la figure 1, - la figure 3 donne un schéma d'écoulement des divers gaz, va- peurs et liquides.
La chambre de four a, comme on le voit également sur la figure 2, une section rectangulaire allongée, qu'elle conserve à peu près sur toute sa hauteur. Sur les côtés larges la chambre de four est limitée d'une part par la paroi 22 d'introduction d'agent de balayage avec les ouvertures 23, d'autre part par la paroi de sortie de l'agent de balayage 24 avec les ouver- tures 25. Par les ouvertures 23, les espaces distributeurs 18 qui sont reliés aux tuyaux distributeurs 20, et par les ouvertures 25, les espaces collec- teurs 19 qui sont reliés aux tuyaux -collecteurs 21, sont reliés à la. chambre du four. Au-dessus du toit du four 26 se trouve la trémie de chargement 11, qui peut être divisée par une paroi séparatrice médiane 10.
La zone de sé- chage ou de préchauffage 12 forme la partie supérieure de la chambre. A cel- le-ci se raccorde le dispositif d'allumage 13, que suit la zone de gazéifica- tion supérieure 14, qui, suivant le genre de combustible peut être aussi une zone de distillation ou de distillation sèche , à celle-ci s'accole la zone de gazéification inférieure 15; la zone de combustion 16 lui fait suite. A celle- ci se raccorde la double décharge 17. Comme on peut le voir sur la figure 1,, l'épaisseur de la couche de combustible est si faible, que le rapport entre la hauteur de combustible sur laquelle est admis l'agent de balayage,à l'é- paisseur de la couche, est supérieure- à 10 : 1.
On obtient ainsi une gazéifi- cation uniforme du combustible sur toute la section, sans que puissent se produire des surchauffages locaux par suite d'une admission locale trop gran- de au combustible d'agent de balayage, tandis que la :matière déchargée par en bas est exempte de constituants combustibles.
A l'aide du schéma d'écoulement (figure 3) on expliquera d'abord les autres dispositifs avec lesquels la chambre de four coopère en cours d'ex- ploitation.
<Desc/Clms Page number 4>
Une fonction très importante est celle du surchauffeur 30, qui est chauffé par le gaz entrant par la conduite 31. Les gaz de combustion sont amenés à l'air libre au moyen de l'aspirateur 32 ou emmenés pour d'au tres buts.
L'exploitation du surchauffeur 30 sert à échauffer la vapeur d'eau transportée au moyen de l'aspirateur 33, assez pourpouvoir être em- ployée comme agent de séchage et de préchauffage dans la zone 12. Par le séchage du combustible il se forme de la vapeur d'eau de manière supplémen- taire,de sorte que la canalisation 34 emmène une quantité de vapeur d'eau plus grande que celle qu'amène la canalisation 35. L'excès de vapeur d'eau est extrait continuellement au moyen de l'aspirateur 36, qui aspire en même temps, par la canalisation 37, de l'air saturé de vapeur d'eau. Le mélange est également porté à température assez élevée dans l'échauffeur 30 et sert comme agent de balayage dans les zones 14 et 15,auxquelles elle est amenée par la conduite 38.
Le gaz arrivant dans les espaces collecteurs des zones 14 et 15 est emmené par la conduite 39 à un refroidisseur direct 40, ensuite traité dans un laveur 41 et est emmené par l'aspirateur de gaz 42 à son point d'utilisation ultérieur.
Le combustible, après avoir traversé la zone 12 de séchage ou de préchauffage, arrive au dispositif d'allumage 13 qui, dans le four représen- téà la figure 1, est équipé de brûleurs à gaz 43, dont les gaz de combus- tion sont retirés du côté opposé. Au lieu de cela, les produits résultant d'une quelconque combustion de gaz peuvent être introduits dans le four à cet endroit, ou bien un mélange d'air suffisamment échauffé peut être amené au four, lorsque le combustible est déjà assez échauffé dans la zone de pré- chauffage pour assurer un allumage. La condition est que le combustible des- cendant dans la zone 14 ait le long de la paroi 22 une température suffisan- te pour que puisse se produire la réaction prévue à l'arrivée de l'agent de balayage.
Les deux zones 14 et 15 peuvent être balayées par un même agent de balayage, mais on peut aussi se servir comme agent de balayage dans la zone 14, d'un mélange préchauffé plus fortement, avec une teneur en oxygène plus faible, et dans la zone 15 d'un mélange moins échauffé, à teneur en oxy- gène plus forte. De la zone 15 le combustible arrive dans la zone de combus- tion 16, où il est traité par de l'air relativement peu échauffé, par exemple à 60 . On doit prendre en considération que le combustible arrivant dans la zone 14 est encore riche en constituants combustibles et que ces constituants combustibles sont toujours plus épuisés par le traitement avec de l'air ou de l'oxygène enrichi en air ou en autre porteur d'oxygène-, par exemple de la vapeur d'eau.
Alors la. matière, qui devient de plus en plus riche en cendre, s'échauffe de plus en plus, en particulier la chaleur s'accumule toujours plus de la paroi d'introduction d'agent de balayage 22 à la paroi de sortie de l'a- gent de balayage 24. La distillation aussi, et la gazéification du combusti- ble se développent peu à peu avec la descente du combustible, de la paroi 22 à la paroi 24. Des couches de combustible dans des états semblables de distil- lation se trouvent sur des plans obliques qui vont de la partie supérieure de la paroi 22 à la partie inférieure de la paroi 24.
Par l'air relativement froid qui pénètre par la conduite 44, il se produit un fort refroidissement de la matière largement épuisée par combus- tion. Par la canalisation 45 s'échappe un gaz aui a le caractère d'un gaz de générateur et qui se trouve à une température de par exemple 8000. Celui ci est emmené en partie par la canalisation 31 vers l'échauffeur 30 où il donne la chaleur nécessaire pour le chauffage de la vapeur d'eau, et il peut en par- tie être ajouté par la canalisation 51 à l'agent- d'entraînement pour la zone 14 ou la zone 15, dont il élève la chaleur sensible et' où il augmente en ou- tre le gaz de production pour autant qu'il ne brûle pas à l'intérieur du com- bustible par l'oxygène qui s'y trouve également.
L'eau employée au refroidissement dans le réfrigérant à tubes 40 et qui y est échauffée est amenée par la canalisation 46 par la pompe 47 aux distributeurs à douche 48 et 49, au moyen desquels l'air déplacé par l'aspi- rateur 50 est traité en pluie avant son entrée dans les conduites 37 ou 44.
<Desc/Clms Page number 5>
Ainsi l'air est saturé de vapeur d'eau et dilué de manière correspondante par celle-ci.
La. teneur en oxygène de l'agent de balayage peut être dans la zone 14, comprise entre 3 et 5 %, dans la zone 15 d'environ 7 à 8 %, dans la zone 16, de 12 à 15 %. Dans la zone 14 l'agent d'entraînement doit être le plus chauffé, car il doit non seulement amorcer la réaction mais aussi échauffer le combustible dans les couches se trouvant après la paroi d'in- troduction de l'agent de balayage, et 1-'amener à la température de réac- tion. Ce faisant le mélange d'agent de balayage et de gaz obtenu se refroi- dit, dé sorte qu'il ne se produit pas de grande perte par la chaleur sensi- ble du gaz de production.
Le combustible devenant toujours plus chaud au cours de sa chute est finalement très refroidi dans la zone de combustion 16 par le mélange relativement froid d'air et de vapeur d'eau qui est introduit en cet endroit de sorte qu'il n'y a pas non plus beaucoup de chaleur conte- nue dans la matière exempte pratiquement de parties combustibles, livrée par la décharge. Par le réglage concomittant de la teneur en oxygène et de la température de l'agent de balayage introduit dans les zones successives, qui sont une caractéristique importantes du nouveau procédé, on arrive à une éco- nomie calorifique particulièrement poussée,et l'on évite des surchauffages du combustible qui pourraient conduire à des fusions de cendres et à l'en- classement du four par des mâchefers.
C'est ainsi qu'avec le nouveau four on peut fournir des prestations très notables.
REVENDICATIONS.
1. Four pour le dégazage et la gazéification de combustibles ri- ches en cendres avec des chambres verticales, à exploitation continue, à sec- tion rectangulaire, dans lesquelles l'agent de balayage s'écoule à travers le combustible d'une paroi large à l'autre, caractérisé en ce que le rapport de la hauteur de combustible à laquelle est admis l'agent de balayage à l'épais- seur de la couche de combustible, est plus grand que 10:1.