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Cette invention concerne des procédés pour brûler à l'état divi- sé dans un foyer cyclone des combustibles à teneur relativement faible en matières volatiles, ainsi que des appareils de combustion pour l'exécu- tion de ces procédés.
Le foyer cyclone est particulièrement propre à la combustion de certains combustibles, les combustibles à haute teneur en cendre, par exemple, car il permet d'évacuer la cendre comme scorie en fusion. La com- bustion dans un foyer cyclone de la cendre volante recueillie des gaz de combustion qui se développent dans un foyer brûlant du charbon pulvérisé est un expédient particulièrement désirable car elle permet non seulement de consumer la teneur en combustible de cette cendre mais encore d'éva- cuer la grande quantité de scorie qui en résulte sous une forme sous la- quelle il est plus facile de s'en débarrasser que de la cendre volante ini- tiale.
Toutefois, le combustible divisé à teneur relativement faible en matières volatiles peut être difficile à allumer dans un foyer cyclone; d'autre part, la cendre volante ne contient que peu ou pas de matières vo- latiles en raison de la haute température à laquelle elle a été soumise, et sa puissance calorifique est faible et sujette à varier ce qui a pour effet de provoquer aussi des difficultés d'allumage dans le foyer cyclone.
Le but de la présente invention, est de procurer des procédés et des appareils de combustion facilitant la combustion dans un foyer cy- clone de combustibles à l'état divisé, à faible teneur en matières vola- tiles.
Le procédé suivant la présente invention pour brûler dans un foyer cyclone un combustible à l'état divisé, à faible teneur en matières vola- tiles, est caractérisé en ce qu'on mélange au combustible à brûler avant son introduction dans la chambre du foyer cyclone, un combustible à l'état divisé à plus forte teneur en matières volatiles et on brûle ce mélange de combustibles dans la chambre du foyer cyclone.
Dans une forme de construction, l'appareil de combustion servant à réaliser ce procédé comprend un foyer cyclone avec entrées pour le com- bustible et l'air d'entraînement du combustible aménagées pour débiter à des distances différentes de la sortie, mesurées le long de l'axe de la chambre de combustion, un dispositif pour amener l'air secondaire à la cham- bre du foyer, et un dispositif pour amener le combustible et l'air à ces entrées, et est caractérisé en ce qu'il comporte un magasin de combusti- ble à l'état divisé à teneur relativement faible en matières volatiles, un magasin de combustible à l'état divisé à plus haute teneur en matières volatiles, un dispositif pour l'admission de chacun de ces combustibles à l'un ou l'autre d'une série de dispositifs mélangeurs,
et un dispositif pour conduire des dispositifs mélangeurs aux dites entrées les combusti- bles mélangés.
L'invention sera décrite ci-après à titre d'exemple, avec réfé- rence aux dessins annexés, dans lesquels
Fig. 1 représente schématiquement en coupe verticale la partie inférieure d'un foyer de générateur de vapeur chauffé aux angles et dans lequel débite un foyer cyclone, et montre schématiquement les parcours de l'air, de la cendre volante et du charbon vers le foyer cyclone, la coupe verticale étant faite suivant l'axe du foyer cyclone, et
Fig. 2 est une vue schématique représentant le foyer cyclone en coupe transversale par la ligne II-II de la fig. 1.
Ces dessins représentent le foyer 1 d'un générateur de vapeur de section horizontale carrée ou rectangulaire chauffé au charbon pulvé-
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risé par des brûleurs 2,à chacun ou à proximité de chacun de ses angles.
Chacune des parois du foyer est refroidie par un système approprié de tu- bes d'eau 3 s'étendant entre des collecteurs inférieurs 4 et des collec- teurs supérieurs (non représentés). Au fond du foyer et à une certaine dis- tance des parois se trouve une table d'allumage 5 destinée par le rayonne- ment de chaleur de ses surfaces supérieures, à hâter l'inflammation dans la chambre de combustion 1 du charbon pulvérisé débité par les brûleurs 2.
Une paroi 6 de la chambre de combustion du foyer 1 est pourvue d'une ouverture 7 par laquelle les gaz provenant d'un foyer cyclone 8 sont débités dans la chambre 1. Le foyer cyclone comprend une chambre 9 de sec- tion transversale pratiquement circulaire dans laquelle le combustible et l'air sont introduits de telle manière qu'ils y tourbillonnent autour de l'axe longitudinal de la chambre et dans laquelle la combustion se fait à haute température tandis que la scorie provenant du combustible est re- cueillie à l'état liquide sur la surface interne de la chambre.
Le foyer cyclone est construit en grande partie au moyen de tu- bes d'eau (non représentés) centrés à la forme voulue pour délimiter la chambre de combustion 9, tout en ménageant des ouvertures pour les tuyères d'introduction de combustible et d'air, et garnis de matière réfractaire sur leurs faces tournées vers l'intérieur de la chambre 9.
L'axe de la chambre 9 du foyer cyclone est horizontal et les gaz de combustion qui en proviennent passent par un goulot tronconique 10 coaxial à l'axe de la chambre de combustion du foyer cyclone et s'étendant de la paroi 6 autour de'l'ouverture 7 et à l'extérieur de la chambre de combustion 1 ; le goulot 10 diverge dans le sens du courant de gaz venant du foyer cyclone. Au-dessous de l'ouverture 7 de la paroi 6 se trouve une autre ouverture 11 permettant l'évacuation de la scorie du foyer cyclone.
Les gaz qui quittent le foyer cyclone par l'ouverture 7 et la scorie qui le quitte par l'ouverture 11 passent dans une chambre de com- bustion secondaire 12 enfermée entre la paroi 6 et une cloison 13; cette dernière est formée de quelques uns des tubes 3 de la paroi 6 coudés de manière à s'écarter du plan de la paroi 6 dans la région des ouvertures 7 et 11 et recouverts de matière réfractaire. Les gaz, de même que la sco- rie, quittent la chambre de combustion secondaire par une sortie 14 ména- gée à sa partie inférieure par un décalage des tubes de la cloison 13, de telle sorte qu'un écran à scorie est formé à la sortie. La sortie 14 est placée de telle façon que la scorie en tombe sans venir en contact avec la table d'allumage 5.
Cette scorie de même que celle qui tombe de la table d'allumage sont recueillies dans une rigole d'eau (non représen- tée) qui entoure la table d'allumage. Les gaz qui quittent la chambre de combustion secondaire 12 passent par la sortie 14 dans une direction des- cendante vers l'intérieur du foyer 1 et vers la table d'allumage.
Les ouvertures des tuyères pour l'introduction du combustible et de l'air dans la chambre du foyer cyclone comprennent à la partie la plus élevée de la chambre, une rangée longitudinale d'ouvertures 21 à 25 destinées à débiter tangentiellement à l'intérieur de la chambre et une rangée longitudinale d'ouvertures 26 à 29 ; celles-ci sont destinées à débiter à l'intérieur de la chambre du foyer dans le même sens autour de l'axe de cette dernière que les ouvertures 21 à 25, mais avec une compo- sante des mouvement radialement à l'intérieur de la chambre 9 et elles sont situées au-dessous de la rangée d'ouvertures 21 à 25 pour débiter dans les gaz tourbillonnant à l'intérieur de la chambre 9 quand ces gaz remontent.
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Dans la rangée des ouvertures de tuyères 21 à 25, l'ouverture
21 est la plus éloignée et l'ouverture 25 la plus rapprochée de l'ouver- ture 7, les distances étant mesurées suivant l'axe de la chambre. Les ou- vertures 21,22 et 24 sont destinées à débiter l'air secondaire. L'ouver- ture 23 est divisée en trois ouvertures dont l'ouverture extérieure 23A est destinée à débiter de l'air secondaire. L'emplacement de l'ouverture
25 est tel qu'elle débite dans la chambre annulaire 30 à l'extérieur du goulot 10; cette ouverture est fermée par de la matière réfractaire et sert d'ouverture de réserve.
Les ouvertures 26 à 29 sont cantonnées en-dessous des ouvertu- res 21 et 22 ; chiffre de référence 26 désigne l'ouverture qui, suivant l'axe de la chambre 9, est la plus éloignée du plan de l'ouverture 7 et le chiffre de référence 29, la plus rapprochée de ce plan. Chacune des ouvertures 26 à 29 est destinée à débiter le combustible entraîné par un courant d'air primaire ; en est de même pour les deux autres ouvertu- res 23B et 23C de la série 23, qui sont disposées cote à côte et à l'in- térieur par rapport. à l'ouverture 23A.
La même ou les mêmes souffleries de tirage forcé et le même ou les mêmes réchauffeurs d'air peuvent être employés pour fournir à la fois l'air de combustion pour le foyer cyclone et l'air de combustion pour le foyer 1. Toutefois, comme c'est indiqué, l'air de combustion pour le foyer cyclone et mis sous pression par une soufflerie de tirage forcé 31, et chauffé dans un réchauffeur d'air 32; l'air de combustion passe alors dans un conduit d'air 33 qui se divise en quatre branches 34 à 37 dont le dé- bit est réglé par des papillons ou régistres correspondants 41 à 44.
On brûle dans le foyer cyclone du charbon grossièrement pulvé- risé qui est emmagasiné dans une soute 45 et de la cendre volante prove- nant des gaz de combustion de foyers chauffés au charbon pulvérisé et em- magasinée dans une soute 46. De la soute 45, les particules de charbon sont envoyées par un dispositif d'alimentation approprié 47 et une goulot- te 48 dans le conduit 34 et par un dispositif d'alimentation approprié 49 et une goulotte 50 dans le conduit 35. De la soute 46, les escarbilles sont envoyées par un dispositif d'alimentation approprié 51, et une gou- lotte 52 dans le conduit 36 et par un dispositif d'alimentation approprié 53 et une goulotte 54 dans le conduit 37.
Les conduits 34 et 36 alimentent une conduite mélangeuse commu- ne 61 où les particules de charbon et la cendre volante se mélangent pen- dant qu'elles sont entraînées par les courants d'air réunis et qui les envoie dans trois tuyaux 62,63 et 64 reliés respectivement aux ouvertu- res de tuyères 29, 23B et 23C. Les conduits 35 et 37 débitent dans une conduite mélangeuse commune 65 où les particules de charbon et la cendre volante se mélangent pendant qu'elles sont entraînées par les courants d'air réunis et qui les envoie dans trois tuyaux 66,67 et 68 reliés res- peotivement aux.ouvertures*de tuyères 26, 27 et 28.
Du conduit d'amenée d'air 33 part un cinquième conduit 71, dans lequel la circulation de l'air est réglée par un registre ou papillon 72 et qui fournit l'air secondaire au foyer cyclone par les conduits 73, 74, 75 et 76 pourvus de papillons ou registres de réglage respectifs 77, 78, 79 et 80, et reliés aux ouvertures de tuyères 21, 22, 23A, er 24, respec- tivement. A l'extrémité opposée de celle où se trouve le goulot 10, le foyer cyclone se termine par un troc de cône 85 dont l'extrémité étroite forme l'emplacement d'un brûleur à gaz d'allumage 86 auquel le gaz com- bustible peut être envoyé par un tuyau 87 dans lequel est établie une van- ne de réglage et d'arrêt 88, at auquel l'air de combustion peut aussi être amené par un tuyau 89 venant du conduit 71 et pourvu d'un papillon de ré-
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glage et d'arrêt 90.
Bien que les particules de cendre volante aient une faible puis- sance calorifique, qui peut en outre varier, et malgré leur faible teneur en matières volatiles, elles peuvent lorsqu'elles sont mélangées à des quantités convenables de charbon à l'état divisé, 'brûler dans un foyer cy- clone en consumant leurs éléments combustibles et en abandonnant leur for- te teneur en cendre à l'état de fusion.
Pendant le fonctionnement du foyer cyclone, on peut présumer que les longueurs moyennes des parcours suivis par le courant gazeux depuis les ouvertures des tuyères à combustible jusqu'à l'ouverture 7 sont dif- férentes d'une tuyère à l'autre. On a constaté que pour obtenir le meil- leur rendement de la combustion et la plus grande économie de charbon, particulièrement lorsque la quantité totale de charbon fournie doit être réduite dans la plus grande mesure possible, le combustible admis aux ou- vertures de tuyères auxquelles correspondent les parcours les plus longs du courant gazeux doit présenter un plus faible pourcentage de cendre vo- lante que le combustible amené aux ouvertures de tuyères auxquelles cor- respondent les parcours les plus courts du courant gazeux.
Si l'air secondaire était admis à la même pression à toutes les tuyères 21, 22, 23A et 24, on pourrait supposer que les gaz tourbillon- nants ont dans leurs couches extérieures une composante axiale du mouve- ment dirigée vers l'espace annulaire 30 entourant le goulot 10. La deman- deresse préfère répartir la quantité totale nécessaire d'air secondaire entre les quatre ouvertures de tuyères mentionnées de telle manière que l'air secondaire est amené à la lumière 24 à une plus haute pression que celui amené aux tuyères 21, 22, 23A. Une résistance est ainsi opposée au mouvement des couches extérieures des gaz tourbillonnant vers l'espace annulaire 30.
De même, l'air secondaire est de préférence envoyé à la lu- mière de tuyère 23A à une pression plus élevée que celui envoyé aux lu- .mières de tuyères 21 et 23, et l'air est de préférence envoyé à la lumiè- re 22 à une pression plus élevée qu'à la lumière 21. Par exemple, les pa- pillons 73 à 76 peuvent être réglés de façon à débiter l'air aux lumières 21, 22, 23A et 24 à des pressions de 150, 250,350 et 500 mm. de colonne d'eau respectivement.
On peut s'attendre à ce que pour une telle répartition entre les ouvertures des tuyères à air secondaire 21, 22, 23A et 24 de la quantité totale nécessaire d'air secondaire les couches extérieures des gaz tour- billonnant dans la chambre 9 du foyer cyclone se meuvent dans une direc- tion s'écartant de l'espace annulaire 30 entourant le goulot 10, c'est- à-dire qu'elles se meuvent dans la direction de la partie tronconique 85 où s'effectuent un renversement du mouvement axial d'une grande partie des produits gazeux de la combustion et leur rapprochement de l'axe de la chambre du foyer cyclone, qui doivent précéder leur mouvement vers l'ou- verture de sortie 7.
La nature du combustible envoyé aux lumières de tuyères 26 à 29, 23B et 23C peut être adaptée aux conditions précitées régnant dans le foyer cyclone en fournissant aux trois ouvertures de tuyères 29, 23B et 23C axia- lement plus rapprochées de l'ouverture 7, du combustible qui renferme un plus faible pourcentage de cendre volante que le combustible admis dans les trois ouvertures de tuyères 26, 27 et 28 axialement plus éloignées de l'ouverture 7.
Comme une certaine partie de l'air secondaire venant de l'ouver- ture de tuyère 24 prend part aux mouvements des couches extérieures des gaz tourbillonnants dans une direction s'écartant de l'espace annulaire
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30 entourant le goulot 10, le refroidissement de la scorie par cet air secondaire avant qu'elle ne soit apte à quitter le foyer cyclone par l'o- rifice d'évacuation de scorie 11 peut ne pas être excessif.
Toutefois, si on le désire, l'ouverture de tuyère de réserve 25 qui sans cela n'est pas utilisée et est fermée par de la matière réfractaire lorsqu'elle ne doit pas être mise en service, peut être employée pour injecter du char- bon à l'état grossièrement pulvérisé en même temps que l'air primaire dans l'espace 30 en vue d'y produire un courant de flammes qui assure la flui- dité de la scorie; en même temps¯que ce combustible et l'air, il peut être désirable d'introduire de l'air secondaire et, dans ce cas, l'ouvertu- re 25 peut être divisée en une lumière pour le combustible et l'air pri- maire et une lumière pour l'air secondaire.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour brûler dans un foyer cyclone du combustible à l'état divisé à teneur relativement faible en matières volatiles, carac- térisé en ce qu'on mélange au combustible à brûler, avant son introduc- tion dans la chambre du foyer cyclone, un combustible à l'état divisé à teneur plus élevée en matières volatiles et on brûle ce mélange de com- bustible dans la chambre du foyer cyclone.