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La présente invention est relative à une installation pour la gazéification de combustibles finement divisés, en sus- pension avec de l'oxygène et des agents de gazéification réagis- sant endothermiquement, ,en particulier de la vapeur d'eau ou un mélange de'vapeur d'eau et de dioxyde de carbone. La présente invention concerne en particulier un procédé et une installation pour utiliser la chaleur sensible renfermée dans les gaz utiles
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produits lors d'une telle gazéification.
La gazéification en suspension de combustibles fine- ment divisés, expression par laquelle il y a lieu d'entendre ici aussi bien des combustibles solides pulvérulents tels que, par exemple, la houille, le lignite, la tourbe, le coke ou ana- bgues, que des combustibles liquides ou devenant liquides lors d'une légère élévation de température, tels que des huiles hy- drocarbonées, des goudrons, des résidus de distillation, du brai ou analogues, gazéification qui se fait à l'aide d'oxygène et de vapeur d'eau, est connue et a trouvé ces temps derniers une uti- lisation pratique dans les installations industrielles.
Le com- bustible à gazéifier est, dans ce cas, mélangé d'abord de la façon la plus homogène possible avec de l'oxygène ou avec un mé- lange d'oxygène et de vapeur d'eau, après quoi le mélange est in- sufflé par une buse, de préférence refroidie à l'eau, dans une chambre de réaction portée à une température élevée, de façon que l'allumage du mélange ne se fasse qu'après son entrée dans la chambre de réaction.
Par suite du mélange homogène préalable, il se produit, une réaction extrêmement intense et complète en- tre le carbone et l'oxygène, l'oxygène étant consommé complète- ment en donnant lieu, de préférence, à la formation d'oxyde de carbone, tandis que simultanément la fraction carbonée non oxy- dée du combustible se trouve portée à une température assez éle- vée pour réagir avec la vapeur d'eau et le gaz carbonique on don- nant lieu à la.formation d'autres quantités d'oxyde de carbone et à la formation d'hydrogène. Les résidus de gazéification qui, suivant la nature du combustible mis en jeu, renferment encore, outre des composantes incombustibles, du carbone non encore ga- zéifié, sont soutirés en petite partie à l'état de scorie liqui- de du dispositif de gazéification.
La majeure partie des résidus de gazéification reste toutefois en suspension sous une forme
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plus ou moins finement divisée et sort avec le gaz utile du dis- positif de gazéification.
Le caractère particulier de la gazéification en sus- pension qui- vient d'être décrite et qui peut aussi être définie en tant que gazéification à courant de même sens implique que le gaz utile a, lorsqu'il quitte le dispositif de gazéification, une température notable dont la valeur dépend en premier lieu du pouvoir réactif du combustible mis en jeu.
Dans le cas de combustibles solides très réactifs, comme par exemple le pous- sier de tourbe ou le poussier de lignite, on peut compter que les températures du gaz utile à la sortie du dispositif de ga- zéification sont de l'ordre de 1000 à 1200 . Dans le cas de combustibles solides difficilement réactifs,-comme par exemple une houille très pauvre en gaz ou le poussier de coke, les tempé- ratures du gaz utile à la sortie du dispositif de gazéification peuvent monter jusqu'à 1500 . Il est évident que l'utilisation de la chaleur sensible renfermée dans le gaz utile, chaleur qui a été produite avec une consommation 'd'oxygène précieux est, lorsqu'on produit de la vapeur ou de l'énergie, d'une important ce essentielle pour la rentabilité de procédés de ce genre ser- vant à la gazéification de poussier.
L'utilisation de la chaleur sensible du gaz utile, utilisation pour laquelle il existe de nombreuses propositions et notamment celle par refroidissement du gaz utile, de sa tem- pérature de départ à une température finale de 400 environ, dans une -chaudière tubulaire à eau montée directement à la suite du dispositif -de .gazéification et servant à la production de vapeur haute-pression ne s'est pas avérée techniquement exécu- table bien que des températures élevées analogues puissent en soi être ..contrôlées dans les installations usuelles de chaudiè- res à vapeur construites avec un foyer à poussier.
Les raisons
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de ce comportement différent du gaz utile d'installations de ga- zéification résident aussi bien dans la nature chimique du gaz utile produit que dans le comportement notablement différent de la cendre dès combustibles qui se trouve en suspension dans le gaz utile. On a pu observer que, dans le cas où on les raccorde directement au dispositif de gazéification, les chaudières tubu- laires à eau deviennent inutilisables au bout de peu de temps, par suite de la formation sur les parois des tubes de dépôts durs et mauvais conducteurs de la chaleur.
On a, en conséquence, déjà proposé de monter, immédia- tement à la suite du dispositif de gazéification, une chaudière à rayonnement constituée essentiellement par une double envelop- pe cylindrique dans laquelle la température du gaz'utile se trou ve d'abord abaissée à une température de 1000 à 1200 par suite du rayonnement de chaleur, et de raccorder à cette chaudière rayonnement une chaudière tubulaire, de préférence une chaudière tubulaire'à gaz de fumée, dans laquelle on continue d'abaisser la température du gaz utile jusqu'à 400 environ. Il s'est avé- ré toutefois .que cette subdivision en deux étages du refroidis- sement du gaz utile n'est pas non plus exempte, dans certains cas, de difficultés notables de fonctionnement.
Il s'est notam- ment avr-é que la température élevée de départ régnant d-r.is la chaudière tubulaire était inadmissible à la longue, car il se forme à cette température de départ de l'ordre de '1000 100 des dépôts de cendre qui renferment encore du carbone non gezé- ifié et qui sont attribuables à l'état collant de la cendre dans ce domaine de température. Lors de la gazéification ulté- rieure du carbone renfermé dans les dépôts de cendre, les parti- cules de cendre s'agglomèrent souvent entre elles pour formre une croûte dure.
La présente invention a pour objet d'intercaler enitre
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la chaudière à rayonnement et la chaudière tubulaire, ou sa pla- que à tubes horizontale supérieure, une autre zône de refroidis- sement qui, avant que les gaz pénètrent dans la chaudière tubu- laire, refroidit la gaz utile sortant de la chaudière à rayonne- ment de manière telle que l'on empêche dans ladite chaudière tu- bulaire des perturbations fonctionnelles du genre précité.
Il ne suffit toutefois pas, ainsi que la Demanderesse l'a trouvé, de réaliser simplement le trajet de liaison entre la chaudière à rayonnement et la chaudière tubulaire sous la forme d'un tube refroidi à l'eau à travers lequel le gaz s'écoulerait à une vi- tesse simplement uniforme; car il n'est pas possible, avec des dimensions acceptables, d'obtenir de cette façon un abaissement suffisant de la température. La disposition de tubes de refroi- dissement ou de tubes bouilleurs à l'intérieur du trajet de li- aison entre la chaudière à rayonnement et la chaudière tubulai- re n'est pas à envisager par suite des dépôts formés sur ces tu- bes.
On a maintenant trouvé qu'on pouvait, sans perturba- tions fonctionnelles, utiliser librement la chaleur sensible du gaz utile produit par la gazéification en suspension, lorsque, lors de son passage de la chaudière de rayonnement à la chaudiè-- re tubulaire, on soumet le gaz utile à un fort tourbillonnement et à une compression et une détente, répétées une ou plusieurs fois, et à une variation de la vitesse d'écoulement âvec refroi- dissement simultané.
Les raisons en sont à voir;' entre autres, dans ce qui suit
Par suite du fort tourbillonnement du gaz chargé de résidus du combustible, sur le trajet allant de la chaudière de rayonnement à la chaudière tubulaire, on obtient d'abord une certaine gazéification subséquente de la fraction combustible des résidus de gazéification, par suite du fort déplacement re-
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latif entre la teneur en vapeur d'eau du gaz et les particules solides en suspension. Cette gazéification subséquente est liée à un abaissement de la température du gaz qui est important dans certains cas et notamment aussi à un abaissement de la températu- re des résidus de la gazéification,
de sorte que ces derniers perdent leurs propriétés collantes déjà avant d'atteindre la chaudière tubulaire, qu'ils se déposent en des endroits spéciale- ment prévus à cet effet et ne sont, par suite, plus en mesure de former des dépôts solides dans la chaudière tubulaire. La compression et la détente répétées une ou plusieurs fois, qui ont lieu en même temps que le tourbillonnement et qui sont aussi importantes, provoquent, en combinaison avec une variation corrcs pondante de la vitesse du gaz, une forte migration des particu- les solides en suspension dans le gaz jusqu'aux parois de ce dis-' positif de refroidissement intercalé, sans que toutefois ces par- ticules en suspension aient encore la faculté de se déposer sur les paroi-s en donnant lieu à la formation d'incrustations soli- des.
Bien plus, sous l'aciton de la pesanteur, les particules en suspension se déposent en des points déterminés d'où elles peuvent alors être éliminées de l'installation.
Finalement la modification répétée de la vitesse d'é- coulement et le fort tourbillonnement du gaz utile ont également pour effet de produire, une augmentation notable du coefficient de transmission calorifique. Tous ces facteurs compàrent tel- @ le sorte que le gaz, sur son trajet allant de la chaudière de rayonnement à la chaudière tubulaire, se trouve non seulement 'refroidi à une température admissible pour la chaudière tubrali- re, température qui est de l'ordre de 700 , mais qu'une grande partie des particules en suspension qui maintenant ne s'agglb- mèrent plus, se séparent déjà du gaz avant d'atteindre la chaudi re tubulaire et qu'il devient ainsi possible d'éliminer de l'ins-
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lallation ces particules en suspension,d'une façon relativement simple.
La température qui règne en cet endroit est inférieure à la température réactionnelle de la vapeur d'eau et ne peut plus déclencherd'autres modifications des particules de cendre.
L'installation pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit est, de préférence, réalisée de manière que la sortie de la chaudière de rayonnement- et l'entrée de la chau- dière tubulaire soient reliées entre elles par un canal tubulai- re sensiblement horizontal, pourvu d'une enveloppe double réali- sée sous la forme d'un générateur de vapeur, canal dans lequel pénètrent, par en bas, un ou plusieurs éléments de déviation du gaz en forme d'entonnoirs, qui servent simultanément de réci- pients pour collecter et-soutirer la poussière.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invehtion ressortiront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé dont la figure unique représente en coupe, schématique- ment et simplement à titre d'exemple, une installation servant à la mise en oeuvre du procédé précité.
La,gazéification du combustible a lieu dans une cham-' bre de gazéification 1 dont les détails sont sans intérêt pour l'invention, et dont en conséquence on n'a représenté que la par tie 2 de la paroi'qui est directement voisine dé l'ouverture de soutirage 'du gaz. couverture de .soutirage du gaz est formée par une enveloppe double 4, refroidie à l'eau, 'qui est, de pré- férence, réalisée et disposée de manière que le dispositif de gazéification proprement dit puisse se déplacer indépendamment de l'enveloppe ehtourant l'ouverture de soutirage du gaz.
Di- rectement à l'ouverture de soutirage 3 du gaz se raccorde la chaudière à rayonnement ±'qui est constituée essentiellement par un tube cylindrique rectiligne, disposé verticalement, et réalisé sous la forme d'une enveloppe double 6 dans laquelle on
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produit de la vapour d'eau d'une pressa un. moyenne. La vapeur d'eau produite dans la chaudière à rayonnement est soutirée du récipient collecteur 2. de vapeur par une conduite 8 de vapeur utile. A l'intérieur de la chaudière à rayonnement que le gaz ut le traverse simplement sans former de tourbillons, la températu- re du gaz.utile est abaissée à une valeur d'environ 1100 . Le gaz utile pénètre à cette température dans un canal tubulaire 9.
Ce canal tubulaire 0 est constitué, dans le cas présent, par deux éléments partiels 10 et 11 qui sont coaxiaux et sont reliés entre.eux de manière étanche au gaz à l'aide d'une garniture an- nulaire d'étanchéité 12. La paroi du canal tubulaire 9 est réali- sée sous la forme d'une enveloppe double 13 et sert également à produire de la vapour basse-pression, notamment la vapeur qui est directement nécessaire lors de la gazéification du combusti- ble. La vapeur produite dans l'enveloppe double du canal 2 est rassemblée dans un collecteur de vapeur 14 et est soutirée par la conduite 15 de vapeur utile.
Des éléments déviateurs 16 et 17, ? en forme d'entonnors, sont introduits par en bas dans le canal tubulaire 9,lesdits éléments déviateurs présentant à leur extrémité inférieure des évacuations 18 et 19 servant à soutirer la poussière ou analogue qui s'accumule dans les entonnoirs.
Comme il ressort du dessin, la section d'écoulenent du canal bulaire 9 est rétrécie pulsieurs fois sur le trajet du nouveau élargie, de sorte que la vitesse d'écoulement sa zaz su- bit des variations correspondantes. Sur les pointes des enton- noirs qui pénètrent dans.le canal tubulaire, il se produit si- multanément un fort tourbillonnement gazeux. Le résultat final est un refroidissement intense du gaz et une séparation saur. per- turbation de fractions solides importantes qui ont pratiquement- totalement réagi.
A l'extrémité du canal 2 à entonnoirs,il est prévu,
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sur le trajet du gaz, un surchauffeur de vapeur 20 qui provoque, un autre refroidissement du gaz avant que ce dernier ne pénètre dans la chaudière tubulaire 21. La chaudière tubulaire est réa- lisée sous la forme d'une chaudière à tubes de fumée et elle pro- duit de la vapeur'haute-pression qui peut, par exemple, être uti- lisée pour la production d'énergie électrique.
Cette énergie élec- trique est) de son côté, utilisée pour produire l'oxygène néces- saire lors de la gazéificatiçn. L'exécution de la chaudière tubu- laire 21 sous la forme d'une chaudière à tubes de fumée est, sui- vant l'expérience de la Demanderesse, plus avantageuse que l'exé- cution sous la forme d'une chaudière à tubes d'eau, d'autant plus que l'on peut,en donnant des dimensions correspondantes aux sec- tions des tubes, obtenir l'intérieur desdits tubes une vitesse telle du gaz que les tube restent exempts de dépôts de poussiè- re. La vapeur haute-pression produite dans la chaudière tubulai- re 21 est soutirée du collecteur de vapeur 22 par la conduite 23 de vapeur utile.
Le gaz quitte la chaudière tubulaire à une tem- pérature d'environ 380 à 400 en passant par la conduite d'évacua- tion 24.
Le-canal tubulaire 2 s'appuie à ses deux extrémités directement sur la chaudière à rayonnement et sur la chaudière tubulaire. Un autre soutien du canal tubulaire 2 est assuré par le fait qu'il est prévu des poutres d'appui 25 qui reposent de leur côté, .de façon mobile, par leurs extrémités, en 26 sur la chaudière à rayonnement et en 27 sur la chaudière tubulaire, et sur lesquelles s'appuie de son côté, en 28 et 29,. respectivement, le canal tubulaire précité.