EP0081624B1 - Procédé et dispositif de combustion de schistes bitumineux humides à faible pouvoir calorifique - Google Patents

Procédé et dispositif de combustion de schistes bitumineux humides à faible pouvoir calorifique Download PDF

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EP0081624B1 EP82104767A EP82104767A EP0081624B1 EP 0081624 B1 EP0081624 B1 EP 0081624B1 EP 82104767 A EP82104767 A EP 82104767A EP 82104767 A EP82104767 A EP 82104767A EP 0081624 B1 EP0081624 B1 EP 0081624B1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K1/00—Preparation of lump or pulverulent fuel in readiness for delivery to combustion apparatus
    • F23K1/04—Heating fuel prior to delivery to combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K1/00—Preparation of lump or pulverulent fuel in readiness for delivery to combustion apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a process for the combustion of wet bituminous shales with low calorific value in a combustion chamber, in which the shales are ground in the presence of a hot drying gas, the relatively large ground grains are screened in order to separate and recycle them. the coarsest fraction, then introduced in suspension in primary air into the combustion chamber.
  • Oil shales of this kind have a calorific value and a composition of the order of:
  • the object of the present invention is to remedy these difficulties, and to provide a process which ensures the grinding of wet bituminous shales with relatively low energy consumption and wear of the grinders, and easy separation and recovery of the most of the grinding product, as well as satisfactory combustion in the combustion chamber.
  • the process according to the invention is characterized in that after grinding the hot gas and the ground grains are introduced into an expansion chamber from which the finest grains are entrained by the drying gas towards filtration means, then combined with the relatively larger grains downstream of their screening, and in that the drying gas consists of the mixture, in proportions dosed as a function of the humidity level of the shales, of hot gases sampled in the combustion chamber and cooled flue gases taken off the combustion chamber to the atmosphere.
  • the device for implementing the method of the invention comprising means for grinding the wet bituminous shales in the presence of a hot drying gas, means for screening the relatively larger crushed grains in order to separate the coarsest fraction thereof.
  • means for introducing the grains screened into a combustion chamber suspended in primary air is characterized in that it further comprises an expansion chamber downstream of the grinding means, means for driving the finest grains separated in the expansion chamber towards filtration means, means for joining the finest grains stopped by the filtration means with relatively larger grains downstream of the screening of the latter, and means for mixing proportions proportioned as a function of the humidity level of the shales to be burned, of hot gases sampled in the combustion chamber and of cooled fumes sampled at the evacuation of the combustion chamber towards the mosphere, to form said hot drying gas.
  • the wet bituminous shales to be treated in blocks of average size 0 to 300 mm, have a higher calorific value of 1000 Cal / Kg, and water contents of approximately 15% by weight, in organic matter of approximately 20% by weight (of which approximately 80% of volatile matter), and in ash of approximately 65% by weight.
  • the latter is supplied with hot drying gas, consisting of a mixture of combustion gases taken off at around 900 ° C. in the the combustion chamber and recycled through line 4, and smoke at about 160 ° C taken from the bottom of the boiler chimney, arriving through line 5, in proportions adjusted so as to obtain a drying gas at 650 ° C. about.
  • the blocks to be treated are introduced with the drying gas into a highly shielded autogenous crusher 6, formed by a relatively flat cylinder carried by two bearings rotating at a speed of about 12 to 20 revolutions / minute and driven by the motor 7.
  • the roughly ground product leaves through the evacuation pin 7A and enters the expansion chamber 8. If the shales to be treated had a relatively high hardness, or if it was desired to obtain a product in fairly fine grains, it could be added to the grinder 6 of the balls. It would then be necessary to feed it in blocks of smaller dimensions (0 to 25 mm for example).
  • the finest particles formed by grains of average size less than 100 microns, and constituting approximately 15% of the treated product, are entrained by the drying gas in the vertical pipe 9, which brings them to a set of bag filters 10. These particles are stopped by the filters, while the drying gas sucked in by the fan 11 is discharged into the atmosphere by the piping 12.
  • the separated particles are returned by conduits such as 13 to the feed hoppers to the combustion chamber burners, where they are joined to the larger screened grains, as will be described later.
  • the largest grains gathered in the bottom of the expansion chamber 8 are brought by the bucket elevator 14 to a main distributor 15, then to the secondary distributors 16A and 16B, from where they fall into screens such as 17A, 17B. These consist of vibrating sieves of 0.8 mm mesh.
  • the larger grains form a refusal which is returned by the inclined conduits 18A and 18B, then 19, to the feed box 3 of the mill, to be reprocessed there.
  • the screened grains of dimension less than 0.8 mm are brought by conveyors 20A, 20B, then a distributor belt 21, to a hopper 21A for supplying the combustion chamber.
  • the distribution belt is also supplied with fine particles separated in the bag filters, by conduits such as 13.
  • the grains are transported at a flow rate dosed by the conduits such as 22, then entrained by air in airfoils with a slight slope (10 ° to 15 °) such as 23, to the supply of the burners. They are suspended, analogously to what is already done for other granular fuels, in primary air, but at a relatively high concentration, of the order of one kg of shale grains. for 0.5 kg of air, to facilitate their ignition.
  • a supply station (not shown) similar to that which has been described above, also supplies a set of burners disposed on the other side of the combustion chamber, represented by the orifices such as 25B.
  • the flames follow U-shaped paths such as 27, 28 before rising in the upper part (arrow 29) towards the water circulation tubes to be heated and vaporized.
  • a fraction of the hot gases from the combustion chamber, at around 900 ° C., is withdrawn therefrom via line 4, and combined with fumes taken from the bottom of the exhaust chimney to the atmosphere, arriving via the conduit 5, as indicated above.
  • the bottom ash is collected at the bottom thereof on a grid, cooled and evacuated.
  • the soot entrained by the combustion gases is captured by natural or electrostatic filtration means and also evacuated.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé de combustion de schistes bitumineux humides à faible pouvoir calorifique dans une chambre de combustion, dans lequel les schistes sont broyés en présence d'un gaz chaud de séchage, les grains broyés relativement gros sont criblés pour en séparer et recycler la fraction la plus grossière, puis introduits en suspension dans de l'air primaire dans la chambre de combustion.
  • Elle s'étend en outre à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé.
  • Les schistes bitumineux de ce genre présentent un pouvoir calorifique et une composition de l'ordre de :
    Figure imgb0001
  • Ils contiennent notamment des carbonates et des silicates.
  • On a déjà effectué la combustion de schistes bitumineux dans des chaudières à grille mécanique. De telles chaudières ne sont acceptables que pour la combustion de tonnages horaires relativement faibles.
  • On pourrait songer à transposer à la combustion de tels schistes des procédés utilisés pour la combustion de charbons de mauvaise qualité ou de lignites. Toutefois, la grande proportion de cendres abrasives, riches en silice, contenues dans ces schistes conduirait à une consommation d'énergie très importante dans les broyeurs et à une usure excessive de ceux-ci.
  • Par ailleurs, du fait de leur faible pouvoir calorifique, ils nécessitent un débit de gaz très important pour assurer leur séchage et leur transport après leur broyage. On ne peut utiliser à cet effet de l'air qui serait ensuite utilisé comme comburant dans la chambre de combustion, car la combustion serait de mauvaise qualité et incomplète.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces difficultés, et de procurer un procédé qui assure le broyage des schistes bitumineux humides avec une consommation d'énergie et une usure des broyeurs relativement faibles, et une séparation et une récupération faciles des grains les plus fins du produit de broyage, ainsi qu'une combustion satisfaisante dans la chambre de combustion.
  • Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'après le broyage le gaz chaud et les grains broyés sont introduits dans une chambre de détente d'où les grains les plus fins sont entraînés par le gaz de séchage vers des moyens de filtration, puis réunis aux grains relativement plus gros en aval de leur criblage, et en ce que le gaz de séchage est constitué par le mélange, en proportions dosées en fonction du taux d'humidité des schistes, de gaz chauds prélevés dans la chambre de combustion et de fumées refroidies prélevées à l'évacuation de la chambre de combustion vers l'atmosphère.
  • Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes :
    • - Le broyage est effectué par simple attrition des grains les uns contre les autres.
    • - Le broyage n'est effectué que jusqu'à l'obtention d'une grosseur moyenne de grains comprise entre environ 0,1 et 1 mm.
    • - Les grains relativement plus gros sont criblés de façon à n'admettre à l'alimentation de la chambre de combustion que des particules de grosseur inférieure à 0,8 mm.
    • - Les particules broyées et criblées sont introduites dans la chambre de combustion en forte concentration dans un débit d'air primaire relativement faible par rapport à une injection en parallèle d'air secondaire.
  • Le dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention, comprenant des moyens de broyage des schistes bitumineux humides en présence d'un gaz chaud de séchage, des moyens de criblage des grains broyés relativement plus gros pour en séparer la fraction la plus grossière, des moyens d'introduction des grains criblés dans une chambre de combustion en suspension dans de l'air primaire, est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre de détente en aval des moyens de broyage, des moyens d'entraînement des grains les plus fins séparés dans la chambre de détente vers des moyens de filtration, des moyens de réunion des grains les plus fins arrêtés par les moyens de filtration aux grains relativement plus gros en aval du criblage de ces derniers, et des moyens de mélange en proportions dosées en fonction du taux d'humidité des schistes à brûler, de gaz chauds prélevés dans la chambre de combustion et de fumées refroidies prélevées à l'évacuation de la chambre de combustion vers l'atmosphère, pour former ledit gaz chaud de séchage.
  • Ce dispositif répond de plus de préférence à l'une au moins des caractéristiques suivantes :
    • - les moyens de broyage sont constitués par des broyeurs autogènes
    • - les moyens de filtration des grains les plus fins sont constitués par des filtres à manches
    • - les moyens de criblage sont constitués par des tamis vibrants
    • - la chambre de combustion est un foyer à double voûte.
  • Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence à la figure du dessin annexé, un dispositif de broyage, de transport et de combustion de schistes bitumineux humides à faible pouvoir calorifique selon le procédé de l'invention.
  • Les schistes bitumineux humides à traiter, en blocs de grosseur moyenne 0 à 300 mm, ont un pouvoir calorifique supérieur de 1 000 Cal/Kg, et des teneurs en eau de 15 % environ en poids, en matières organiques de 20 % environ en poids (dont environ 80 % de matières volatiles), et en cendres de 65 % environ en poids. De la trémie d'alimentation 1, ils sont amenés par le tapis 2 à la boîte d'alimentation 3. Cette dernière est alimentée en gaz chaud de séchage, constitué par un mélange de gaz de combustion prélevé vers 900 °C dans le foyer de la chambre de combustion et recyclé par le conduit 4, et de fumées à 160 °C environ prélevées au bas de la cheminée de la chaudière, arrivant par le conduit 5, en proportions réglées de façon à obtenir un gaz de séchage à 650°C environ. Les blocs à traiter sont introduits avec le gaz de séchage dans un broyeur autogène 6 fortement blindé, formé par un cylindre relativement plat porté par deux paliers tournant à une vitesse d'environ 12 à 20 tours/minute et entraîné par le moteur 7.
  • Les blocs se broient eux-mêmes par chocs mutuels à l'intérieur du broyeur, tout en se séchant. Le produit sommairement broyé sort par le tourillon d'évacuation 7A et pénètre dans la chambre de détente 8. Si les schistes à traiter présentaient une dureté relativement élevée, ou si on désirait obtenir un produit en grains assez fins, on pourrait ajouter dans le broyeur 6 des boulets. Il faudrait alors l'alimenter en blocs de dimensions plus faibles (0 à 25 mm par exemple).
  • Dans la chambre de détente 8, les particules les plus fines, formées de grains de dimension moyenne inférieure à 100 microns, et constituant environ 15 % du produit traité, sont entraînées par le gaz de séchage dans la conduite verticale 9, qui les amène à un jeu de filtres à manches 10. Ces particules sont arrêtées par les filtres, cependant que le gaz de séchage aspiré par le ventilateur 11 est refoulé à l'atmosphère par la tuyauterie 12. Les particules séparées sont renvoyées par des conduits tels que 13 aux trémies d'alimentation des brûleurs de la chambre de combustion, où elles sont réunies aux grains plus gros criblés, comme il sera décrit plus loin.
  • Les grains les plus gros rassemblés dans le bas de la chambre de détente 8 sont amenés par l'élévateur à godets 14 à un répartiteur principal 15, puis aux répartiteurs secondaires 16A et 16B, d'où ils tombent dans des cribles tels que 17A, 17B. Ceux-ci sont constitués par des tamis vibrants de maille 0,8 mm. Les grains de dimension supérieure forment un refus qui est renvoyé par les conduits inclinés 18A et 18B, puis 19, à la boîte d'alimentation 3 du broyeur, pour y être retraité.
  • Les grains criblés de dimension inférieure à 0,8 mm sont amenés par des transporteurs 20A, 20B, puis un tapis répartiteur 21, à une trémie 21A d'alimentation de la chambre de combustion. Le tapis répartiteur est également alimenté en particules fines séparées dans les filtres à manches, par des conduits tels que 13.
  • De la trémie 21A, les grains sont transportés en débit dosé par les conduits tels que 22, puis entraînés par de l'air dans des aéroglissières à faible pente (10° à 15°) telles que 23, à l'alimentation des brûleurs. Ils sont mis en suspension, de manière analogue à ce que l'on effectue déjà pour d'autres combustibles granulaires, dans de l'air primaire, mais à une concentration relativement forte, de l'ordre d'un kg de grains de schiste pour 0,5 kg d'air, afin de faciliter leur inflammation.
  • Ils sont ensuite insufflés dans la chambre de combustion 24 à double voûte (cette introduction étant représentée schématiquement par les orifices tels que 25A). De la manière habituelle, de l'air secondaire arrivant par des conduits tel que 26A est également insufflé dans les brûleurs autour des grains en suspension dans l'air primaire, la proportion de ce dernier dans l'air total de combustion étant d'environ 40%.
  • Une station d'alimentation (non représentée) analogue à celle qui a été décrite ci-dessus, alimente par ailleurs un jeu de brûleurs disposés de l'autre côté de la chambre de combustion, représentés par les orifices tels que 25B.
  • Dans la chambre de combustion 24, les flammes suivent des trajectoires en U telles que 27, 28 avant de monter dans la partie supérieure (flèche 29) vers les tubes de circulation de l'eau à réchauffer et vaporiser. Une fraction des gaz chauds de la chambre de combustion, à 900 °C environ, est prélevée dans celle-ci par le conduit 4, et réunie à des fumées prélevées au bas de la cheminée d'évacuation à l'atmosphère, arrivant par le conduit 5, comme indiqué ci-dessus.
  • De la manière habituelle dans les chambres de combustion, les mâchefers sont recueillis au bas de celle-ci sur une grille, refroidis et évacués. Les suies entraînées par les gaz de combustion sont captées par des moyens de filtration naturelle ou électrostatique et également évacuées.
  • Bien que le dispositif qui vient d'être décrit en référence à la figure paraisse la forme de réalisation préférable de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, les filtres à manche de récupération des poussières provenant du broyage peuvent le cas échéant être remplacés par des séparateurs cyclônes, dont le rendement est cependant moins bon. On pourrait alors le cas échéant réinjecter dans la chambre de combustion le gaz chargé des poussières résiduelles.

Claims (11)

1. Procédé de combustion de schistes bitumineux humides à faible pouvoir calorifique, dans une chambre de combustion (24), dans lequel les schistes sont broyés (6) en présence d'un gaz chaud de séchage, les grains broyés relativement gros sont criblés (17A, 17B) pour en séparer et recycler (19) la fraction la plus grossière, puis introduits en suspension dans de l'air primaire (25A, 25B) dans la chambre de combustion, caractérisé en ce qu'après le broyage le gaz chaud et les grains broyés sont introduits dans une chambre de détente (8), d'où les grains les plus fins sont entraînés par le gaz de séchage (9) vers des moyens de filtration (10), puis réunis (13) aux grains relativement plus gros en aval de leur criblage, et en ce que le gaz de séchage est constitué par le mélange, en proportions dosées en fonction du taux d'humidité des schistes, de gaz chauds prefeves dans la chambre de combustion (4) et de fumées refroidies prélevées à l'évacuation de la chambre de combustion vers l'atmosphère (5).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le broyage est effectué par simple attrition des grains les uns contre les autres.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le broyage n'est effectué que jusqu'à l'obtention d'une grosseur moyenne de grains comprise entre environ 0,1 et 1 mm.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les grains relativement plus gros sont criblés de façon à n'admettre à l'alimentation de la chambre de combustion que des particules de grosseur inférieure à 0,8 mm.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les particules broyées et criblées sont introduites dans la chambre de combustion en forte concentration dans un débit d'air primaire relativement faible par rapport à une injection en parallèle d'air secondaire.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la combustion est effectuée en faisant décrire au gaz chargé de grains en cours de combustion un trajet en forme de U (26, 27).
7. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant des moyens de broyage (6) des schistes bitumineux humides en présence d'un gaz chaud de séchage, des moyens de criblage (17A, 17B) des grains broyés relativement plus gros pour en séparer la fraction la plus grossière, des moyens d'introduction des grains criblés dans une chambre de combustion en suspension dans de l'air primaire, (25A, 25B), caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chambre de détente (8) en aval des moyens de broyage, des moyens d'entraînement (9) des grains les plus fins séparés dans la chambre de détente vers des moyens de filtration (10), des moyens de réunion (13) des grains les plus fins arrêtés par les moyens de filtration aux grains relativement gros en aval du criblage de ces derniers, et des moyens de mélange (4, 5) en proportions dosées en fonction du taux d'humidité des schistes à brûler, de gaz chauds prélevés dans la chambre de combustion et de fumées refroidies prélevées à l'évacuation de la chambre de combustion vers l'atmosphère, pour former ledit gaz chaud de séchage.
8. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de broyage sont constitués par des broyeurs autogènes.
9. Dispositif selon les revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens de filtration des grains les plus fins sont des filtres à manches.
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens de criblage sont constitués par des tamis vibrants.
11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la chambre de combustion (24) est un foyer à double voûte.
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