CA1294499C

CA1294499C - Generateur thermique a lit fluidise a moyens ameliores d'evacuation des cendres et de recuperation de chaleur

Info

Publication number: CA1294499C
Application number: CA000525603A
Authority: CA
Inventors: Alexandre Petrovic; Guy Marlair
Original assignee: Charbonnages de France CDF; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: Charbonnages de France CDF; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-12-17
Publication date: 1992-01-21
Anticipated expiration: 2009-01-21
Also published as: PT83940B; GR3000135T3; FI865169A0; NO865108D0; CN1008656B; GR880300086T1; NO865108L; DK608486A; US4736711A; YU216386A; DK608486D0; EP0236647A1; EP0236647B1; FR2591722B1; ZA869456B; NO162485C; JPS62175505A; DK164715C; CN86108550A; DE236647T1

Abstract

Le foyer central à grille de fluidisation et à volume intérieur est enveloppé par une enveloppe périphérique creuse à circulation d'eau limitant un volume intermédiaire de passage des fumées relié d'une part à la partie supérieure du foyer central , d'autre part à des tubes de fumées qui traversent l'enveloppe périphérique pour aboutir à un conduit de sortie des fumées.

Description

L'invention a pour objet un générateur therm;que de puissance mod~rée à lit fluidicé comportant des moyens améliorés d'évacuation des cendres et de r~cupération de chaleur, utilisable notamment pour des combustib~es soL;des en particules ~charbons, granulés d'ordures ménagères, etc...
ou pâteux (fractions lourdes pétrolières, boues résiduaires, etc...).
Un générateur de ce type fonctionnant selon la technique de combustion en ~it fLuidisé a l'avantage d'utili-ser une gamme étendue de combustibles. Mais la réalisat;ond'un tel générateur pose des problèmes de construction et d'industrial;sation lies a l'évacuation des cendres et au trai-traitement des fumées.
Jusqu'à présent ces problèmes ont été résolus partiellement et de facon imparfaite ; les générateurs connus existants sont mal adaptés à la combustion de produits cen-dreux et ils necessitent la mise en place de bo~tes à fumées encombrantes et onéreuses.
Pour cette raison, les générateurs connus de construction monobloc ont une puissance faible ; les g~néra-teurs plus puissants utilisent gén~ralement en association une ou plusieurs cellules à tubes d'eau (foyers), connectées à
une cellule distincte à tubes de fumées, dont l'encombrement d'ensemble est par conséquent important. La préfabriration en usine et le montage de tels systèmes sont par a;lleurs relati-vement longs.
Le but principal de l'invention est de parvenir à un générateur du type indiqué ci-dessus avec lequel sont surmontees substantiellement sinon totalement les d;fficultés e~posees ci-dessus, de façon s;mple et efficace.
Dans un générateur thermique utilisant un combus-t;ble sol;de ou pateux comprenant un foyer central a paroi lat~rale et à grille de fluidisation pour contenir un lit flu;disé, une enveloppe p~riphérique creuse, ~ moyens d'arrivée et de sortie d'eau de c;rculat;on enveloppant le ". :

lZ~4~4~9 foyer central un conduit de sortie de fum~es rel;e au foyer central selon l'invention cette enve(oppe péripherique limite avec le foyer cen~ral au moins un volume intermédiaire qui est mis en commun;cation avec le foyer central dans sa partie supérieure par des ouvertures pour fumées et qui est raccordé à sa par~ie inférieure à des tubes de fumées par une première extrémité de ceux-ci ; ces tubes de fumée s'étendent dans l'enveloppe périphérique sur une part;e substantielle de leur longueur et sont raccordés par leur seconde extrémité
au conduit de sortie des fumées.
Le volume intermédiaire ainsi créé est muni avantageusement à sa partie inférieure d'un collecteur de rassemblement et d'extraction des cendres entrafnées par les fumees.
Le volume intermediaire constitue un depoussié-reur primaire qui est intégré au générateur en amont des tubes -de fumees et qui protège ces tubes contre les rlsques d'encras-sement et d'érosion prématurée. Cette disposition permet d' éviter l'utilisation d'une bo;te ~ fumées qui est souvent realisée par mécano-soudure et qui est rapportee à l'aide de brides surle générateur thermique.
La compacité du générateur conforme à l'invention s'en trouve améliorée et la préfabrication en est facilitée.
Selon une caractéristique particulière le foyer à lit fluidisé a au moins une paroi latérale à tubes d'eau entourée par l'enveloppe périph~rique avec une disposition symétrique qui évite les problèmes de dilata~ion différentielle et de tenue dans le terrlps du générateur.
Selon une caract~ristique p~us particulière la paroi verticale est composée de tubes d'eau réunis de manière etanche par des membranes ; ce mode de construction facilite la realisation industrielle du générateur et améliore le trans-fert de chaleur.
Dans un exemple de réalisation de l'invention la grille de fluidisation fait partie de ~'enceinte remPlie :
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d'eau qui est mise en communication avec ('enveloppe périphé-rique. Cette conccption permet un abaissement de la température de la grille, ce qui autorise s~ fabrication en matériau éco-nomique. De plus, toutes les parois dél;mitant le lit fluidisé, y compris la grille elle-me0e, participent ainsi à ~'échange thermique. Ceci permet de réduire les surfaces d'échange à
immerger dans le lit ; il en résulte que les tubes constituant ces surfaces d'échange peuvent etre disposés plus librement, en évitant les zones où se produirait une forte erosion.
La grille de fluidisation mise en oeuvre dans le generateur thermique selon l'invention est en elle-m~me d'un type connu ; ce peut ~tre en particulier une grille a ouvertures évasées vers le haut, telle que celles qui~ont l'objet des documents FR-A- Nos 2 171 945,F~ 519 877, 85-0~320, ~5-15580.
De préférence, une au moins des paroîs du foyer a une (ou plusieurs) ouverture~s) munie(s) d'un moyen sélectif de fermeture ; cette ouverture permet de réguler le niveau du lit fluidisé.
Z0 Se(on une variante, le collecteur des cendres contient une boucle de circulation d'eau raccordee a l'enve-loppe périphérique creuse. Cette boucle compl~te l'épuisement thermique des cendres et amé~iore encore le rendement cle l'unité.
Selon une autre caractéristique particuliere, le générateur possède un dispos;tif de réinjection des cendres collectées par un dépoussiéreur final (multicyclone par exem-ple) raccordé sur le circuit des fumées en sortie de chaudiere.
Ce d;spositif permet ainsi d'améliorer la désul-furation in situ, de réduire les imbrûlés et de limiter lespoints d'e~traction des cendres.
Ce dispositif peut être réalisé, par exemple, par voie pneumatique, par une dé~ivation de l'arrivée d'air de fluidisation ou d'air secondaire ou par voie mécanique par convoyage à l'aide d'une vis transporteuse.

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1;2~44~

En complément de cette réinjection, il est possible de remplir les cendres recueillies au niveau du dépoussiéreur interne, en totalité ou en partie, par exemple comme moyen d'auto-aLimentation du lit en matériaux inertes.
On donnera maintenant, sans intention limitative et sans exclure aucune variante, une description d'un exemple de réalisation de l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique en coupe par un plan vertical selon I-I de ~a figure 2 d'un géné-rateur thermique conforme a l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe par un plan horizon-tal selon II-II de la figure 1, - la figure 3 est une vue partielle en coupe montrant une variante de réalisation de (a partie inférieure du généra-teur de la figure 1.
Un générateur conforme à l'invention comprend un foyer I à lit fluid;sé, à paroi latérale, de type connu en soi et une enveloppe périph~rique 2 qui enveloppe le foyer 1 en limi-tant avec la paroi latérale 3 de ce dernier un volume intermé-diaire 4. Le foyer 1 pourrait être rylindrique ainsi que l'en-veloppe périphérique 2, de sorte que le volu~e intermédiaire 4 serait un volume annulaire. A la partie supérieure du foyer 1, des ouvertures 5 le mettent en communication avec le volume intermédiaire 4.
Dans le présent exemple, comme le montre la figure 2, lè foyer 1 a une configuration rectangulaire dans i'ensemble ;
l'enveloppe périphérique 2 est cylindrique et elle limite avec le foyer 1 deux volumes intermédiaires 4A, 4~ distincts et opposés qui sont situés chacun sur un grand côté du foyer 1.
Les deux grands côtés 3A, 3~ du foyer 1 sont constitués par des tubes d'ea~ 3C parallèles, espacés, reliés entre eux de facon étanche par des membranes intermédiaires 3D, de manière connue en soi. A la partie extr~me superieure du foyer 1 cer-ta;ns tubes, de préférence un tube sur deux, sont d~portés vers .
.' ~2~4~

l'extérieur du foyer 1 et les membran`es intermédiaires 3D sont supprimées dans (a partie extrême deportée de chaque tube 3C.
On obtient ainsi les ouver~ures sup~rieures 5 par lesquelles peuvent circuler les fumées qui proviennent du foyer 1.
Dans l'exemple décrit ici, le foyer 1 est ferm~ ~
sa partie sup~rieure, à un niveau supérieur ~ celui des ouver-tures S, par une paroi supérieure 1A qui.déborde en dehors du foyer I et qui ferme aussi les volumes intermédiaires 4A, 4B~ Les fumées ne peuvent entrer dans ce dernier que par les ouvertures supérieures S. En outre, du fait de l'existence de cette paroi sup~rieure 1A, l'enveloppe périphérique 2 couvre aussi le foyer 1 au-dessus.de cette paroi supérieure 1A. De cette façon, l'enveloppe p~riphérique s'étend autour de la paroi latérale et de la paroi supérieure du foyer 1 ;
elle enveloppe ce dernier compl~tement sur tous ses côtés.
A son sommet, l'enveloppe périphérique 2 est ferm~e par une paroi superieure 6. Cette derniere supporte un conduit de sortie des fumées 7.
Dans le présent exemple, l'enveloppe périphérique

2 est divisée par des cloisons intérieures, radiales 6A~ 6B, : 6C, 6D formant quatre compart;ments opposés deux à deux. Deux compartiments opposés, de plus grande dimension en sens cir-conférentiel 8A et 8C contiennent des.tubes verticaux 9, espacés, qui s'étendent entre (a paroi inférieure 10 de l'en-veloppe periphérique 2 et sa paroi supérieure 6. Ces tubes 9 traversent cette paroi supérieure 6 et débouchent dans le conduit de sortie des fumées 7. A son extrémite opposée infe-rieure chaque tube 9 traverse la paroi inférieur~ 10 et débou-che dans un collecteur de cendres 11. Un collecteur de cendres 11 est prévu sous chacun des deux compartiments 8A~ 8C de l'enveloppe périphérique 2. Chaque collecteur 11 s'étend en-dessous de la paroi inferieure 10 et il communique par un : passage inférieur 11A avec un volume intermédiaire correspon-dant 4A, 4B. Les fumées de la combust;on qui viennent des passages superieurs 5 descendent dans les volumes intermé-.:, . . . ~ . ; . :; , :

diaires 4A, 4B, empruntent les collecteurs 11 et montent dans les tubes 9 pour atteindre le conduit de sortie des fumees 7.
Chaque collecteur 11 a une profondeur suffisante pour que des cendres s'y rassembLent sans que la circulation des fumees soit.interrompue~ En outre, comme repr~senté seu-lement sur la partie gauche de la figure 1, chaque colLe~teur 11 est équip~ en 12 d'un moyen pneumatique connu en soi, ~.
d'extrac.ion des cendres et de reintroduction de ces cendres à l'intérieur du lit fluidisé, pour assurer leur recyclage.
Les deux autres co~partiments oppos~s 8B, 8D sont pourvus~ respectivement, d'une arrivée d'eau 13 et d'une .
sortie d'eau 14. En outre, ces deux compartiments sont reliés directement, a travers le foyer 1, par des tubes d'eau 15 (vis;b~es seulement sur la figure 1~ qui sont noyés pendant ; le fonctionnement dans le lit 16 de matière combustible flui-disée. Au niveau sup~erieur souhaité que peut atteindre le lit ; 16, il est prévu dans la paroi latérale 3 du foyer 1 au moins une ouverture de trop ple~n 17, connue en soi, qui dé-bouche dans un compartiment 4B de descente des fumées et des : cendres entraSnées avec celles-ci~ Une canal.isation 18 traver~
:: se de haut en bas le condu;t. de.sort.ie des fumées 7, la paroi : ~ sup6rieure 6 de l'enveloppe pér;phér;que 2, la paroi sup~
: ~ rieure 1A du foyer 1 pour s.'étendre 3 l'intérieur de ce der-: 25 ~nier et s'arr~ter au-dessus du niveau superieur dù lit fluidi-sé 16. Cette canalisation 18 sert a alimenter le foyer 1 en combustible. On remarquera que l'invention est compatible avec d'autres modes d'alimentation du foyer.1 ~n combustible.
De préférence, la canalisation 18 est refroid;e par une boucle de circulation d'eau forc~e branchée en d~rivation sur le circuit entrée/sortie d'alimentation générale.
Sur la figure 1, la gr;lle 19 est representée comme une grille creuse ayant un volume int~rieur 1~A dans lequel debouchent les tubes d'eau 3, par leur extrém;té inférieure.
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Ces tubes 3 sont donc réunis a~ l'envetoppe périphérique 2 au niveau de la grille 19. En variante, comme le montre la figure 3, la grille de fluidisation 19' est de construction classique et elle repose sur une enceinte creuse 20 qui la supporte et dont le volume intérieur est mis en communication avec le volume intérieur de l'enveloppe pér.iphérique 2. ~ien entendu, cette enceinte creuse Z0 est traversée de façon ~tanche par des tubes 21 qui alimentent en gaz de fluidisa- j tion les orifices habi~uels de la grille 19'. Selon une autre variante, la gri(le est de construction classique ; elle n'est pas refroidie, ni supportee par une enceinte creuse refroidie.
Dans les deux cas de la figure 1 où la grille 19 est creuse et de la figure 3 où la grille 19' repose sur une enceinte creuse 2û, on obtient pendant le fonctionnement un abaissement de la température moyenne de la grille, ce qui permet d'employer pour sa réalisation, une matière plus ~cono-mique.
Dans toutes les circonstances, meme si on ne prévoit 20 pas d'utiliser une grille creuse 19 ou une grille 19' suppor- .
tée par une enceinte creuse 20, il existe en un point ;nfé-rieur de l:enveloppe périphérique 2 une entrée d'eau 2Z et en url point supérieur une sortie d'eau 23. Pendant le fonctionne-ment, l'eau circule dans les tubes 3 qui constituent la paroi latérale du foyer 1 ; elle circule aussi le long de la paroi supérieure 1A du meme foyer ; elle circule encore le long de la paroi extérieure qui limite le volume intermédiaire 4 et autour des tubes 9 ou circulent les fumées ; elle circule en plus~ de préférence 3 travers la ~rille creuse.19 ou à travers ~ :
l'enceinte creuse 20 qui supporte la grille 19'. De cette façon, la chaleur contenue dans les fumées et les cendres est récupérée. Il est possible, en outre, de placer dans la partie interne inférieure de chaque collecteur de cendres 11 une bouche 24 de circulation d'eau raccordée au volume intérieur de l'enveloppe périphérique 2 comme on peut le voir sur les , , j~

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figures 1 et 3.
Ains;, les calories contenues dans les cendres peuvent être récupérées en presque totalité. En meme tenps, les cendres sont recueillies sans moyens mat~riels encombrants et ont peut en disposer ensuite facilement~ soit pour les évacuer définitivement, soit pour les recycler dans le l;t flu;dise~
Dans certaines circonstances, on peut etre conduit à supprimer les tubes 15 qui traversent le lit fluidisé 16A
Dans ce cas, les compartiments 8B, 8D peuvent atre supprimés aussi ; l'enveloppe périphérique 2 devient alors une enveloppe un;que entourant annulairement La paroi latérale du ~oyer 1.
Ce dernier peut être cylindrique et le voluce intermédiaire 4 peut aussi entourer annulairement La paroi latérale du foyer , , .

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Claims

1. Générateur thermique comprenant un foyer central à paroi latérale et à grille de fluidisation pour supporter un lit fluidisé, une enveloppe périphérique creuse à moyens d'arrivée et de sortie d'eau de circula-tion enveloppant le foyer central un conduit de sortie de fumées relié au foyer central , caractérisé en ce que l'enveloppe périphérique limite avec le foyer central au moins un volume intermédiaire , ce volume intermé-diaire est mis en communication avec le foyer central dans sa partie supérieure par des ouvertures pour fumées et il est raccordé à sa partie inférieure à des tubes de fumées par une première extrémité de ceux-ci, ces tubes de fumée s'étendant dans l'enveloppe périphérique sur une partie substantielle de leur longueur et étant raccordés à leur seconde extrémité avec ledit conduit de sortie de fumées .

2. Générateur selon la revendication 1 caractérisé
en ce que le volume ou chaque volume intermédiaire est muni à sa partie inférieure d'au moins un collecteur de rassemblement et d'extraction des cendres entraînées par les fumées.

3. Générateur selon la revendication 1 dans lequel le foyer central a une grille de fluidisation une paroi latérale et une paroi supérieure, caractérisé en ce que l'enveloppe périphérique enveloppe le foyer cen-tral autour de la paroi latérale et de la paroi supérieure de ce dernier.

4. Générateur selon la revendication 1 caractérisé
en ce que le foyer central a une paroi latérale constituée par des tubes d'eau proches les uns des autres, réunis de manière étanche par des membranes intermédiaires et mis en communication par leurs extrémités opposées avec l'enveloppe périphérique .

5. Générateur selon la revendication 1 caractérisé
ce que au moins un passage de communication est prévu à travers la paroi latérale du foyer central pour faire communiquer sélectivement le volume intérieur de ce foyer central avec le volume intermédiaire sensible-ment au niveau maximum du lit fluidisé pendant le fonction-nement.

6. Générateur selon la revendication 1 caractérisé
en ce que la paroi latérale du foyer central est constituée par des tubes d'eau proches les uns des autres réunis de manière étanche par des membranes intermédiaires , et la mise en communication du volume intermédiaire avec le foyer central est réalisé par une déviation d'une partie de la longueur de certains desdits tubes d'eau par rapport à l'ensemble des autres tubes d'eau cette déviation supprimant localement l'étanchéité entre les-dits tubes d'eau .

7. Générateur selon la revendication 2, caractérisé
en ce que le collecteur ou chaque collecteur contient un circuit de circulation d'eau raccordé à l'enveloppe périphérique .

8. Générateur selon les revendications 3,4 réunies caractérisé en ce que les tubes d'eau sont raccordés avec l'enveloppe périphérique par leur extrémité supéri-eure qui est éloignée de la grille et qui s'ouvre dans la zone de ladite enveloppe périphérique couvrant la paroi supérieure du foyer central .

9. Générateur selon la revendication 8 caractérisé
en ce que certains des tubes d'eau ont une partie extré-me supérieure déviée vers l'extérieur par rapport au foyer central la déviation supprimant l'étanchéité entre les-dits tubes à partie extrême déviée et les autres tubes d'eau pour mettre en communication le foyer central avec le volume intermédiaire .

10. Générateur selon la revendication 8 caractérisé
en ce que le conduit de sortie des fumées est situé
immédiatement au-dessus de la zone du volume intermédiaire

11 qui couvre la paroi supérieure du foyer central et les tubes de fumées s'étendent sur toute leur longueur dans l'enveloppe périphérique en étant raccordés par leurs extrémités opposées d'une part au volume intermédiaire d'autre part au conduit de sortie des fumées .
11. Générateur selon la revendication 4 caractérisé
en ce que la grille de fluidisation est creuse avec un volume intérieur raccordé à l'enveloppe périphérique cependant que les tubes d'eau s'étendent à partir de cette grille et sont mis en communication avec le volume intérieur de cette dernière, leur raccordement avec l'enveloppe périphérique étant réalisé par l'intermédiaire du volume intérieur de ladite grille .

12. Générateur selon la revendication 4 caractérisé
en ce que la grille de fluidisation est supportée par une enceinte creuse qui est mise en communication avec l'enveloppe périphérique .