Installation pour alimenter une turbine à gaz par des gaz sous pression résultant de la combustion sous pression de charbon pulvérisé. La présente invention a pour objet une installation pour alimenter une turbine à gaz par des gaz sous pression résultant de la com bustion sous pression de charbon pulvérisé.
Cette installation est caractérisée par une chambre de combustion cylindrique à axe ver tical présentant une enveloppe refroidie exté rieurement par l'air comprimé servant à assu- rer la combustion sous pression du charbon pulvérisé, et agencée de faon que les gaz de combustion soient partiellement refroidis ayant de la quitter, et par un dépoussiéreur à sable traversé par ces gaz sous pression avant leur admission à la turbine.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'installation selon l'invention, ainsi qu'une variante de détail (le cette forme d'exécution.
La, fig. 1 représente schématiquement l'en semble de cette forme d'exécution.
La fig. 2 montre une coupe verticale du dispositif de combustion de cette forme d'exé cution.
La fig. 3 est une vue en coupe verticale d'une variante du dispositif de combustion de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue détaillée du dispo sitif d'alimentation en charbon de la chambre de combustion.
ha fig. 5 montre, en détail, l'extracteur hydraulique assurant l'évacuation des cendres ('ii provenance clé la chambre de combustion. La fig. 6 représente, en coupe verticale, le dépoussiéreur de cette forme d'exécution.
La fig. 7 est une vue également en coupe verticale, mais à phis grande échelle, d'un élément de ce dépoussiéreur.
La fig. 8 montre le dispositif alimentant le dépoussiéreur en sable filtrant.
La fig. 9 montre un dispositif de refroidis sement et un dispositif d'extraction du sable pollué raccordés à l'extrémité inférieure du dépoussiéreur.
L'installation représentée à la fig. 1 com prend un dispositif de combustion agencé pour opérer dans les meilleures conditions la combustion sous pression du charbon pulvéri sé méthodiquement introduit .dans ce disposi tif et un dépoussiéreur 2, intercalé sur la tuyauterie 3 conduisant à la turbine les gaz chauds sous pression produits dans la chambre 1, et destiné à l'épuration de ces gaz.
Le dispositif de. combustion que l'on voit en détail en fig. 2 est composé de deux par ties: un corps cylindrique 1 qui porte des tu bulures de raccordement pour différents accessoires et une base cylindrique 4, réunie au corps 1 par un joint, et dans laquelle s'ef fectuent la séparation des cendres les plus grosses et le départ des gaz. Pratiquement, ces deux parties pourraient aussi bien ne former qu'un seul corps.
Dans le corps 1 est disposée une enveloppe cylindrique à axe vertical en acier réfrac- taire 5 qui délimite la chambre de combustion et qui laisse entre elle et la paroi du corps 1 un espace de section annulaire où circule l'air sous pression nécessaire tant à la combustion qu'au refroidissement, cet air étant uniformé ment réparti au moyen des nervures hélicoï dales 6, le corps 1 est ainsi soustrait au rayon nement de la flamme. Les deux pièces sont fermées à leur partie supérieure par des fonds emboîtés l'un dans l'autre, l'étanchéité étant assurée par un presse-étoupe.
Le fond exté rieur porte un raccord pour le brûleur de charbon pulvérisé 7, ainsi que deux raccords 8-8 pour l'alimentation de ce brûleur en air primaire et air secondaire. Un regard d'allu mage 9 pour un brûleur à mazout permet la mise en marche de l'installation à l'aide d'une torche, et ce regard est obturé par un cou vercle à man#uvre rapide.
L'enveloppe 5 formant la paroi de la cham bre de combustion est pourvue d'une série de petites tuyères 10 disposées sur plusieurs rangs pour l'entrée de l'air tertiaire; certaines de ces tuyères sont à jet pénétrant tangen tiellement dans la chambre de combustion et les autres à jet mixte, c'est-à-dire mi-radial et mi-tangentiel.
L'air pénètre dans la chambre de combus tion par les tuyères de première espèce en lames plates hélicoïdales animées d'un mou vement de rotation qui les plaque contre l'en veloppe 5 de façon qu'il se forme une couche d'air du côté intérieur de la paroi de la cham bre de combustion.
Ces tuyères ont pour but de contribuer au refroidissement de la cham bre de combustion puisque, ainsi qu'on le com prend aisément, la tôle de l'enveloppe 5 est plutôt destinées à assurer la combustion com- dès lors toujours entourée par deux couches d'air constamment renouvelées venant d'un compresseur:
l'une circulant à faible vitesse dans l'espace de section annulaire créé entre l'enveloppe 5 et la paroi du corps 1, l'effica cité de cette circulation étant d'ailleurs aug mentée par les nervures hélicoïdales 6, l'autre se déplaçant à grande vitesse à l'intérieur de la chambre sous l'action des jets tangentiels.
Quant aux tuyères à jet mixte, elles sont plète et le brassage des gaz, leur action ayant pour effet d'imprimer à toute la masse lin mouvement de rotation rapide qui provoque le glissement relatif des différentes couches et.
favorise, par conséquent, la diffusion de l'oxygène dans l'atmosphère gazeuse et autour des grains de charbon. Elles concourent égale ment au refroidissement des gaz à la tempéra ture fixée pour leur utilisation dans la tur- bine.
Le dispositif de combustion représenté à la fig. 2 pourrait être remplacé par la va riante montrée en fig. 3, dans laquelle le re froidissement intérieur de la chambre de com bustion est réalisé au moyen d'un écran de tubes en serpentin 11 disposé à l'intérieur de cette chambre; une pompe non représentée crée clans ce serpentin une circulation active d'eau qui pénètre en 12 pour sortir en 13, cette cir culation pouvant d'ailleurs être réglée de ma nière à avoir à la sortie une température don née, ou même de la vapeur, restant utilisable pour un usage quelconque.
L'enveloppe cylin drique verticale 5 délimitant la chambre de combustion n'en présente pas moins encore un certain nombre de tuyères comme en fig. 2; des tuyères supérieures 14, en nombre réduit, permettent l'entrée d'air secondaire dans la suasse en combustion, et la rangée inférieure 15 est utilisée pour l'entrée d'air tertiaire destiné à ramener la température des gaz brû lés à la valeur fixée pour leur utilisation dans la turbine.
La base 4, voir fig. 2 et 3, est elle aussi mu nie intérieurement d'une chemise -deprotection en acier réfractaire 16 portant extérieure ment l'hélice de circulation d'air analogue aux nervures hélicoïdales 6; la totalité de l'air comprimé nécessaire aux opérations est ad mise en 17 à la partie basse de la base, de manière à circuler dans tout le dispositif de bas en haut. La chambre de combustion dé bouche à son extrémité inférieure dans la chambre de dépoussiérage ménagée dans la base.
L'enveloppe 5 se prolonge pour former lin fourreau 18 qui guide les gaz brûlés et les oblige à remonter, et facilite ainsi la précipi tation des cendres les plus lourdes dans la partie inférieure formant trémie; les cendres sont immédiatement évacuées par l'orifice 19, tandis que les gaz remontent autour du four reau à une vitesse modérée pour s'échapper par la tubulure 20 masquée partiellement par une chicane 21 quia pour but d'allonger au tant que possible le parcours vertical.
De la tubulure 20, les gaz passent par la tuyauterie 3, fig. 1, au dépoussiéreur, puis à la turbine.
Dans la base 4 est ménagée une ouverture 22 par laquelle les gaz produits accidentelle ment sont dégagés et arrivent dans une sou pape d'expansion 23, fig. 1, destinée à éviter les effets d'une déflagration accélérée inté rieure du mélange d'air sous pression et de charbon pulvérisé, et de là à l'air libre par l'échappement 24.
La chambre de combustion est alimentée en charbon pulvérisé par un dispositif monté au- dessus d'elle et qui a été représenté en détail en fig. 4.
Ce dispositif comprend une trémie de sto ckage 25 qui distribue le charbon pulvérisé à deux sas étanches 26 dont le remplissage se fait en ouvrant un couvercle boulonné à ma noeuvre rapide, et qui sont alternativement en position de chargement et de fonctionnement. A la partie inférieure de chaque sas est adap tée une vanne pneumatique 27 permettant de délivrer à tout moment voulu le charbon pul vérisé à une culotte 28 qui l'amène à un dis tributeur 29 commandé par un petit moteur électrique 30;
de là, le charbon s'écoule par un tuyau flexible 31 jusqu'au brûleur 7, fig. 1, par l'intermédiaire de l'injecteur 32 disposé slir la canalisation d'air primaire alimentant ledit brûleur.
Ce dispositif permet le fonctionnement continu de la chambre de combustion par le fait même que le charbon pulvérisé peut être introduit dans ladite chambre malgré la pres sion régnant à l'intérieur, et quelles que soient sa consommation et la durée de la marche.
D'autre part, les cendres lourdes précipi tées à la partie inférieure de la base du dis positif de combustion sont évacuées au moyen d'un extracteur hydraulique que l'on voit schématiquement en fig. 1 et plus en détail en fig. 5.
Cet extracteur comprend un réservoir 33 fixé sous l'orifice 19, fig. 2 et 3, et dans le quel les cendres tombent directement pour être instantanément refroidies dans un bain d'eau qui se renouvelle constamment. La va peur produite par la chute de ces particules à haute température est en réalité assez fai ble; elle s'élève verticalement, mais ne peut passer dans la chambre de combustion par suite de la disposition du déflecteur 34 qui l'oblige à plafonner dans le réservoir où elle est immédiatement condensée par de l'eau pul vérisée en 35.
Le niveau de l'eau dans le réservoir est maintenu constant par l'intermédiaire du flotteur 36 actionnant le régulateur automa tique d'arrivée d'eau 37. L'eau de pulvérisa tion à laquelle s'ajoute l'eau de condensation entraîne les cendres par un tube crépiné 38 qui débouche à l'air libre par la tuyère 39 prévue avec un petit diamètre, afin de main tenir la pression dans le ballon; l'évacuation est continuelle et sans obstruction possible en raison du grand volume d'eau utilisé par rap port au volume des cendres.
Quant aux cendres, qui auraient pu s'agglo mérer ou qui sont trop volumineuses pour passer dans la crépine, elles tombent finale ment en 40 en face d'un regard qui permet leur enlèvement périodique.
Si, exceptionnellement, une certaine quan tité de vapeur produite par l'extinction des cendres venait malgré tout à pénétrer dans la chambre de combustion, sa présence dans les gaz brûlés devant alimenter la turbine n'aurait aucune conséquence fâcheuse, cette quantité ne pouvant être que très faible en raison déjà du peu d'importance de la vapo risation dans le réservoir.
Le :dépoussiéreur 2, fig. 1 et 6, comprend une paroi extérieure cylindrique formée au moyen de deux enveloppes coaxiales 41 et 42, et est fermé à sa partie haute par une calotte sphérique et à sa. partie basse par tune trémie conique. Deux tubulures 3, diamétralement opposées, permettent l'entrée des gaz bruts provenant de la chambre de combustion 1 et la sortie des gaz épurés vers la turbine à gaz. L'espace de section annulaire compris entre les enveloppes 41 et 42 est parcouru d'une façon permanente par un courant d'air com primé, dont l'arrivée se fait en 43 et la sortie en 44.
L'enveloppe 42 forme une enceinte pour le traitement des gaz à haute tempéra ture, tandis que l'enveloppe extérieure 41 sup porte la pression.
Dans l'enceinte délimitée par la paroi 41, 42 sont disposés des éléments filtrants super posés dont le nombre varie d'après le débit des gaz qui doivent être épurés. Chacun de ces éléments comprend un plateau tronconi que 45 ayant sa grande base tournée vers le haut et portant une couche de sable, et au dessus de chaque plateau se trouvent des ca naux circulaires 46 dont les arêtes inférieures laissent le sable s'ébouler suivant son talus naturel, des gradins successifs étant ainsi réalisés entre les différents canaux d'un même plateau.
Ces canaux sont reliés entre eux, dans le sens radial, par un certain nombre de tubes 47, fig. 7, qui les mettent en communication avec une chambre annulaire périphérique 48, la chambre annulaire inférieure communique par des tubes verticaux 49 avec l'arrivée des gaz bruts, et des tubes analogues font com muniquer toutes les chambres annulaires su perposées, afin que les gaz bruts puissent cir culer à tous les étages.
De même, les chambres intérieures constituées par les vides existant autour des canaux 46 sont réunies par d'au tres tubes verticaux 50, permettant la circu lation des gaz épurés qui s'écoulent finale ment par le plateau inférieur.
Le sable propre est admis en 51 à la partie supérieure du dépoussiéreur et est d'abord introduit dans -Lin compartiment de réserve, puis de là dans l'espace de section annulaire laissé entre la paroi extérieure 41, 42 et les parois des chambres annulaires 48 raccordées aux bords extérieurs des plateaux 45 pour ali menter les différents plateau 45 sur lesquels il s'étale. Les bords intérieurs des plateaux 45 sont raccordés à un conduit central présen tant des ouvertures 52 au niveau de chaque plateau.
Ces ouvertures sont obturées norma lement par des tiroirs mobiles 53 servant à maintenir les couches de sable en position; ces tiroirs sont déplacés verticalement au moyen d'une tige unique 54 que l'on peut manceuvrer à l'aide du volant 55. Toutefois, la -commande de l'un ou de l'autre de ces tiroirs est indé pendante de celle (le tous les autres, assurée qu'elle est par un levier sélecteur 56 qui per met d'amener des taquets portés par la tige 54 en face d'encoches correspondantes prévues sir les tiroirs 53;
par une simple rotation suivie du levage de la tige au moyen du vo lant 55, on effectue donc l'évacuation du sable à l'étage voulu, cette évacuation se faisant par gravité dans le conduit central dans lequel coulissent les tiroirs. L'étanchéité est assurée par un joint à labyrinthe 57 monté sir la tige de commande des tiroirs, fig. 6.
La circulation des gaz se comprend facile ment en suivant le sens des flèches, fig. 6 et 7. Les gaz bruts admis en 3 pénètrent à cha que étage dans les chambres annulaires 48, et traversent la couche de sable en gradins où ils déposent les poussières qu'ils tiennent en suspension, puis sortent dans les chambres intérieures, ils passent successivement d'une chambre à l'autre par les tubes 50 qui les font communiquer, pour aboutir en dernier lieu à la tubillure de sortie 3.
Lorsque le sable est par trop pollué, ce que l'on peut vérifier par la variation de perte de charge entre l'entrée et la sortie des gaz, on en fait écouler une certaine quantité en manoeuvrant les tiroirs, cette manoeuvre se faisant, de préférence, étage par étage pour éviter que l'in d'ei-5# reste plus encrassé que les autres, ce qui pourrait se produire si les tiroirs débitaient simultanément dans le tube central; le sable pollue tombe dans la trémie conique 58 formant le fond du dépoussiéreur, d'où il est ensuite extrait par le dispositif qui sera décrit plus loin.
Le réglage de la dimension maximum des particules pouvant être tolérées dans les gaz après épuration se fait très simplement en choisissant un tamisage convenable du sable et en réglant la vitesse de passage des gaz, ainsi que la longueur de leur parcours, qu'il est possible de délimiter par les dimensions de l'appareil.
Le sable étant l'un des rares matériaux aptes à supporter sans dommage des tempéra tures élevées, le pouvoir filtrant reste sembla ble à lui-même qu'elle que soit la température de fonctionnement. D'autre part, la forme cy lindrique de l'appareil se prête bien à l'adop tion de pressions importantes, d'où possibilité de traiter des gaz se présentant sous des ca ractéristiques très variables.
Par ailleurs, le sable propre est introduit en 51 à la partie supérieure du dépoussié reur au moyen d'un dispositif montré en fig. 1 et un peu plus en détail en fig. 8. Il se compose d'une trémie de chargement 59 pourvue du registre 60, d'un sas sous pres sion 61 pouvant être isolé par une vanne pneumatique 62, et d'un distributeur 63 qui permet de faire écouler une quantité déter minée de sable lorsque son niveau dans le dépoussiéreur devient insuffisant. Ce distri buteur comprend un entonnoir équilibré 64 dont la monture est articulée en 65 où une aiguille se déplace en face d'un cadran gra dué par lequel on se rend compte, de l'exté rieur, de la position de l'entonnoir, entre ses deux positions extrêmes, suivant le degré de remplissage du dépoussiéreur.
D'autre part, le sable pollué que la ma noeuvre périodique des tiroirs fait tomber dans le fond du dépoussiéreur en est extrait par le moyen du dispositif représenté à la fig. 9.
Un réfrigérant 66 est raccordé directe ment à l'extrémité inférieure de la trémie co nique 58 formant le fond du dépoussiéreur. et dans lequel s'écoule le sable pollué porté à une température élevée par les gaz à épu rer; le refroidissement de ce sable est réalisé par une circulation d'eau dans la double en veloppe 67 du réfrigérant, cette eau entrant en 68 pour sortir en 69, l'eau et les gaz épurés ne pouvant d'ailleurs jamais être en contact.
Cette opération du refroidissement, qui pour- rait être longue en raison de la faible con- ductibilité calorifique du sable, est accélérée par des tubes réfrigérants 70 disposés de ma nière à pénétrer convenablement au centre de la masse pulvérulente, et dans lesquels circule le courant d'eau froide amené par des tubes 71 comme le montre très clairement la fig. 9.
Lorsque le sable est refroidi, il est évacué du réfrigérant à l'aide d'une vanne pneuma tique 72 et il est reçu dans un réservoir 73 construit pour supporter la pression des gaz; un couvercle amovible 74 permet finalement l'enlèvement manuel du sable à l'aide d'une raclette.
L'équilibre de pression entre la tré mie 58 et le réservoir 73 est obtenu, avant l'ouverture de la vanne pneumatique, par la chasse d'air comprimé dont est munie celle-ci, et cet équilibre est vérifié au moyeu du ma nomètre 75; au surplus, un robinet de dé charge 76 permet, le cas échéant, de provo quer un abaissement de pression dans le réser voir 73, afin de faciliter la chute du sable pollué pour le cas où il se serait légèrement aggloméré.
Il est à noter que ce dispositif d'évacuation du sable à sec peut aussi bien être remplacé par un extracteur hydraulique analogue à ce lui décrit ci-dessus et utilisé pour l'extraction des cendres chaudes de la chambre de com bustion, et l'on conçoit évidemment que le fonctionnement de l'un o11 l'autre dispositif est exactement identique quelle que soit la matière granuleuse: cendres, ou sable, à éva cuer.
L'extraction à sec offre toutefois l'avan tage d'éviter toute production de vapeur d'eau dont une partie risquerait d'être entraînée par les gaz produits dans la chambre de com bustion ou traitée dans le dépoussiéreur.