EP0488098B1 - Agencement de support et de guidage d'une jupe de cyclone dans une chaudière à lit fluidisé circulant - Google Patents

Agencement de support et de guidage d'une jupe de cyclone dans une chaudière à lit fluidisé circulant Download PDF

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EP0488098B1
EP0488098B1 EP91120037A EP91120037A EP0488098B1 EP 0488098 B1 EP0488098 B1 EP 0488098B1 EP 91120037 A EP91120037 A EP 91120037A EP 91120037 A EP91120037 A EP 91120037A EP 0488098 B1 EP0488098 B1 EP 0488098B1
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skirt
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shoe
arrangement
cyclone
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Jean Aubry
André Teton
Jean-Paul Tessier
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Stein Industrie SA
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Stein Industrie SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/20—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed with heating or cooling, e.g. quenching, means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for supporting and guiding a cyclone skirt, in particular in a circulating fluidized bed boiler.
  • the gas charged with particles such as ashes, sands, coals ... is injected into the cyclone where it comes around the skirt which is a cylinder of frustoconical shape.
  • the gas is then driven in rotation around the skirt and the particles fall to the bottom of the cyclone body, the gas escaping through the skirt.
  • the temperature inside the cyclone can reach around 900 ° C, the skirt can have a diameter of around 4 meters and weigh up to around 4 tonnes.
  • the cyclone skirt is simply placed by means of an annular flange on the shoulder formed in the upper part of the cyclone body and made of refractory material.
  • the skirt and in particular its support flange tend to deform and the weight of the skirt is then no longer transmitted uniformly. to the carrier refractory material. Subjected then to too great efforts, the refractory material splits then breaks, which leads to a bad oblique position of the skirt and even in the extreme case to the fall of the skirt.
  • Patent document GB-A-2124932 describes an arrangement of a cyclone skirt intended to solve the problems of disassembling the skirt and of deformations due to thermal stresses. To do this, the skirt is divided into independent segments supported in the detachable upper part, by pieces welded to the wall of the cyclone or by direct bolting.
  • the object of the present invention is to solve these problems by proposing a support arrangement and also for guiding a skirt in one piece, eliminating the direct support of the skirt on the refractory material.
  • the present invention relates to an arrangement for supporting and guiding the skirt of a cyclone in particular in a circulating fluidized bed boiler remarkable in that it comprises at least three metallic elements known as shoes passing through the cyclone body, distributed regularly over the periphery of the cyclone body in a horizontal plane, and the inner end of which supports the upper part of the skirt thanks to a horizontal annular flange arranged on the skirt and resting on the shoes.
  • the arrangement allows the skirt to be maintained at its periphery and thus limits its deformation.
  • the shoes thus arranged in a crown and in sufficient number allow the upper part of the skirt to be held on its periphery. There are at least three hooves to do this.
  • the shoes are retractable.
  • the insertion of each shoe towards the inside of the cyclone can be adjustable. It is thus possible to adjust the positioning of the axis of the skirt.
  • each shoe can be placed in a sheath secured to the metal casing of the cyclone body.
  • the inner end of the shoes is inserted into housings provided in the upper part of the skirt.
  • housings provided in the upper part of the skirt.
  • the housings provided in the upper part of the skirt are formed by a second horizontal annular flange arranged in the upper part of the skirt and by vertical spacers arranged between the two flanges.
  • Each shoe preferably has a hollow structure reinforced with internal walls; these internal walls can be arranged in a baffle, each shoe comprising inlet and outlet orifices intended for the passage of a cooling fluid; preferably, the cooling fluid is air or water.
  • the internal walls have the function of allowing the reinforcement and stiffening of the hooves so that they have sufficient bearing properties.
  • a sealing device may be provided consisting of pieces of crown fixed on the upper flange of the skirt and inserted in a lining of refractory material housed in the cyclone body; preferably, these crown pieces will be made of refractory material.
  • the skirt 1 is shown diagrammatically, the cyclone body 2 and two preferably metallic support elements 3 of the skirt. These support elements 3 which will be called shoes pass through the wall of the cyclone body and are housed between two annular flanges arranged in the upper part of the skirt 1. These shoes 3, as will be seen below, are retractable.
  • FIG. 2 represents in horizontal section, the arrangement of three shoes 3 distributed regularly over the periphery of the skirt 1. Preferably there are three shoes 3 but more than three shoes 3 can be provided.
  • FIGS. 3 and 4 is shown in detail a shoe 3 and the corresponding arrangement of the cyclone body 2 and of the skirt 1.
  • the skirt 1 has at its upper part two annular flanges, one upper 4 and the other 5 located below the first. Between these two flanges 4, 5 are arranged vertical spacers 6 which define a housing intended to receive the interior end 7 of the shoe 3. It is quite obvious that such housings are provided in positions corresponding to those of the shoes 3 and in identical number.
  • the skirt has only an upper annular flange 4 bearing on the shoes 3.
  • the shoe 3 consists of a hollow metal part which, in horizontal plane, has inclined walls narrowing its section to facilitate its disassembly.
  • the support and the guide of the shoe 3 is produced by a sheath 10 preferably made of metal which is integral with the metal casing 20 of the cyclone body.
  • the shoe 3 therefore rests on the lower part of the sheath 10.
  • Sealing elements 8, 9, 11 are placed at the end of the sleeve 10, on the inside of the cyclone. These elements 8, 9, 11 are made of flexible insulating refractory material.
  • crown pieces 13 are inserted in the lining 11 and are fixed to the upper flange 4 of the skirt 1. This fixing is preferably carried out by bolting in the flange 4 with the interposition of a reinforcement piece 14.
  • a metal flange 15 over the entire periphery of the sheath 10.
  • This flange 15 serves as a stop, with the interposition of a seal with a flange 16 fixed, preferably by welding on the periphery of the shoe 3.
  • the stop of the flanges 15 and 16 defines the maximum insertion position of the shoe 3 in the housing arranged in the skirt 1. In this position the shoe 3 is made integral with the sheath 10 preferably by bolting the flanges 15 and 16.
  • the skirt 1 can be released by lifting upwards, using a hoist or other device, in order to deposit or replace it.
  • shoe 3 The internal structure of shoe 3 is particularly visible in FIG. 4.
  • These walls 17 have a double function. They define a chicane circuit intended to convey a cooling fluid inside the shoe 3.
  • the outer end of the shoe 3 has an adequate number of orifices, in the example shown three, including two inlet orifices 18 and an outlet orifice 19.
  • the cooling fluid is therefore sent under pressure to the holes 18 and comes out through the hole 19.
  • This cooling fluid can be cold air or water for example. In the case of the use of dry air this air can possibly be returned inside the cyclone.
  • the walls 17 also have a function of reinforcing the structure of the shoe 3, forming stiffening ribs.

Landscapes

  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Cyclones (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un agencement de support et de guidage d'une jupe de cyclone en particulier dans une chaudière à lit fluidisé circulant.
  • Dans une chaudière à lit fluidisé circulant, le gaz chargé de particules telles des cendres, sables, charbons...est injecté dans le cyclone où il vient contourner la jupe qui est un cylindre de forme tronconique. Le gaz est alors entraîné en rotation autour de la jupe et les particules tombent au fond du corps de cyclone, le gaz s'échappant par la jupe. La température à l'intérieur du cyclone peut atteindre environ 900°C, la jupe pouvant avoir un diamètre d'environ 4 mètres et peser jusqu'à environ 4 tonnes.
  • Actuellement selon certaines dispositions la jupe de cyclone est simplement posée par l'intermédiaire d'une bride annulaire sur l'épaulement formé en partie haute du corps de cyclone et constitué de matière réfractaire.
  • Du fait des forces exercées sur la jupe et de la température élevée et éventuellement variable régnant dans le cyclone, la jupe et en particulier sa bride de support ont tendance à se déformer et le poids de la jupe n'est alors plus transmis de façon uniforme à la matière réfractaire porteuse. Soumise alors à des efforts trop importants, la matière réfractaire se fend puis se casse, ce qui amène à une mauvaise position oblique de la jupe et même dans le cas extrême à la chute de la jupe.
  • Le document de brevet GB-A-2124932 décrit un agencement de jupe de cyclone destiné à résoudre les problèmes de démontage de la jupe et de déformations dues aux contraintes thermiques. Pour ce faire, la jupe y est divisée en segments indépendants supportés en partie haute de façon détachable, par des pièces soudées à la paroi du cyclone ou par boulonnage direct.
  • La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes en proposant un agencement de support et également de guidage d'une jupe d'une seule pièce, supprimant le support direct de la jupe sur la matière réfractaire.
  • Pour ce faire, la présente invention concerne un agencement de support et de guidage de la jupe d'un cyclone notamment dans une chaudière à lit fluidisé circulant remarquable en ce qu'il comprend au moins trois éléments métalliques dits sabots traversant le corps de cyclone, répartis régulièrement sur la périphérie du corps du cyclone dans un plan horizontal, et dont l'extrémité intérieure supporte la partie haute de la jupe grâce à une bride annulaire horizontale agencée sur la jupe et en appui sur les sabots.
  • Grâce à cette disposition, l'agencement permet le maintien de la jupe à sa périphérie et ainsi limite sa déformation.
  • Les sabots ainsi disposés en couronne et en nombre suffisant permettent le maintien de la partie haute de la jupe sur sa périphérie. Les sabots pour ce faire sont au minimum au nombre de trois.
  • Selon un mode de réalisation préféré les sabots sont escamotables. De plus l'enfoncement de chaque sabot vers l'intérieur du cyclone peut être réglable. Il est ainsi possible de régler le positionnement de l'axe de la jupe.
  • Pour ce faire, chaque sabot peut être disposé dans un fourreau solidaire de l'enveloppe métallique du corps de cyclone.
  • De cette façon, il est possible de retirer les sabots et ainsi de démonter la jupe par sa levée vers le haut afin de la déposer ou de la remplacer.
  • Selon un mode de réalisation particulier, l'extrémité intérieure des sabots est insérée dans des logements prévus dans la partie haute de la jupe. Ainsi est réalisé un positionnement précis de la jupe, puisqu'à chaque sabot correspond un logement ménagé dans la partie haute de la jupe.
  • Les logements prévus dans la partie haute de la jupe sont formés par une seconde bride annulaire horizontale agencée dans la partie haute de la jupe et par des entretoises verticales disposées entre les deux brides.
  • Ainsi par les logements, l'on obtient un positionnement relativement précis de la jupe tout en permettant un certain débattement des sabots dans les logements.
  • Chaque sabot a de préférence une structure creuse renforcée de parois internes ; ces parois internes peuvent être agencées en chicane, chaque sabot comportant des orifices d'entrée et de sortie destinés au passage d'un fluide de refroidissement ; de préférence, le fluide de refroidissement est de l'air ou de l'eau.
  • Les parois internes ont pour fonction de permettre le renforcement et le raidissement des sabots afin qu'ils aient des propriétés de portance suffisantes.
  • Enfin afin de réaliser l'étanchéité entre la jupe et la matière réfractaire du corps de cyclone, peut être prévu un dispositif d'étanchéité constitué de morceaux de couronne fixés sur la bride supérieure de la jupe et insérés dans une garniture en matière réfractaire logée dans le corps de cyclone ; de préférence, ces morceaux de couronne seront constitués de matériau réfractaire.
  • Les différents objets et caractéristiques de la présente invention seront maintenant exposés dans de plus amples détails dans la description qui va suivre faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent :
    • la figure 1, une vue en coupe verticale selon I-I de la figure 2 représentant schématiquement le dispositif de supportage de la jupe conforme à l'invention,
    • la figure 2, une vue en coupe horizontale selon II-II représentant schématiquement le dispositif conforme à l'invention,
    • la figure 3, une vue en coupe verticale selon III-III d'un détail du dispositif conforme à l'invention,
    • la figure 4, une vue en coupe horizontale selon IV-IV du même détail du dispositif conforme à l'invention.
  • Sur la figure 1, sont schématisés la jupe 1, le corps de cyclone 2 et deux éléments de support 3 de préférence métalliques de la jupe. Ces éléments de support 3 qui seront appelés sabots traversent la paroi du corps de cyclone et sont logés entre deux brides annulaires agencées en partie haute de la jupe 1. Ces sabots 3, comme il sera vu plus loin, sont escamotables.
  • La figure 2 représente en coupe horizontale, l'agencement de trois sabots 3 répartis régulièrement sur la périphérie de la jupe 1. De préférence les sabots 3 seront au nombre de trois mais il peut être prévu plus de trois sabots 3.
  • Sur les figures 3 et 4 est représenté en détail un sabot 3 et l'agencement correspondant du corps de cyclone 2 et de la jupe 1.
  • La jupe 1 comporte à sa partie haute deux brides annulaires, l'une supérieure 4 et l'autre 5 situé en dessous de la première. Entre ces deux brides 4, 5 sont agencées des entretoises verticales 6 qui définissent un logement destiné à recevoir l'extrémité intérieure 7 du sabot 3. Il est bien évident que de tels logements sont prévus dans des positions correspondantes à celles des sabots 3 et en nombre identique.
  • Selon un agencement plus simple non représenté, la jupe ne comporte qu'une bride annulaire supérieure 4 venant en appui sur les sabots 3.
  • Le sabot 3 est constitué d'une pièce métallique creuse qui, en plan horizontal, comporte des parois inclinées rétrécissant sa section pour faciliter son démontage.
  • Le support et le guidage du sabot 3 est réalisé par un fourreau 10 de préférence en métal qui est solidaire de l'enveloppe métallique 20 du corps de cyclone. Le sabot 3 repose donc sur la partie inférieure du fourreau 10.
  • Des éléments d'étanchéité 8, 9, 11 sont mis en place à l'extrémité du fourreau 10, du côté de l'intérieur du cyclone. Ces éléments 8, 9, 11 sont en matériau réfractaire isolant souple.
  • Au niveau de la garniture supérieure 11 est également réalisée l'étanchéité entre la jupe 1 et la matière réfractaire 12 du corps de cyclone grâce à des morceaux de couronne juxtaposés 13. Ces morceaux de couronne 13, de préférence en fibres réfractaires sont insérés dans la garniture 11 et sont fixés à la bride supérieure 4 de la jupe 1. Cette fixation est réalisée de préférence par boulonnage dans la bride 4 avec interposition d'une pièce de renfort 14.
  • A l'extrémité extérieure du fourreau 10 est fixée, de préférence par soudage, une bride métallique 15 sur toute la périphérie du fourreau 10. Cette bride 15 sert de butée, avec interposition d'un joint avec une bride 16 fixée, de préférence par soudure, sur la périphérie du sabot 3. La butée des brides 15 et 16 définit la position d'enfoncement maximum du sabot 3 dans le logement agencé dans la jupe 1. Dans cette position le sabot 3 est rendu solidaire du fourreau 10 de préférence par boulonnage des brides 15 et 16.
  • Par contre, par déboulonnage des brides 15 et 16, l'on désolidarise le sabot 3 et le fourreau 10 et l'on peut enlever le sabot 3 suivant la flèche 21.
  • Une fois tous les sabots 3 enlevés, et les morceaux de couronne 13 démontés par déboulonnage l'on peut libérer la jupe 1 par levée vers le haut, grâce à un palan ou autre appareil, afin de la déposer ou de la remplacer.
  • Grâce à des entretoises interposées entre les brides 15 et 16, il est possible de modifier le degré d'enfoncement des différents sabots 3. Ainsi l'on peut régler le positionnement de la jupe et en particulier celui de l'axe de la jupe. Il est donc possible, en agissant sur les différents sabots de centrer parfaitement la jupe. Si besoin est, il est tout aussi possible de réaliser un décentrage ajusté de la jupe.
  • La structure interne du sabot 3 est particulièrement visible sur la figure 4.
  • A l'intérieur du sabot métallique creux sont agencées en chicane des parois verticales 17.
  • Ces parois 17 ont une double fonction. Elles définissent un circuit en chicane destiné à véhiculer un fluide de refroidissement à l'intérieur du sabot 3.
  • Pour ce faire, l'extrémité extérieure du sabot 3 comporte un nombre adéquat d'orifices, dans l'exemple représenté trois, dont deux orifices d'entrée 18 et un orifice de sortie 19. Le fluide de refroidissement est donc envoyé sous pression dans les orifices 18 et ressort par l'orifice 19.
  • Ce fluide de refroidissement peut être de l'air froid ou de l'eau par exemple. Dans le cas de l'emploi d'air sec cet air peut être éventuellement renvoyé à l'intérieur du cyclone.
  • Les parois 17 ont également une fonction de renforcement de la structure du sabot 3, formant des nervures de raidissement.

Claims (11)

  1. Agencement de support et de guidage de la jupe d'un cyclone notamment dans une chaudière à lit fluidisé circulant, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois éléments métalliques (3), dits sabots, traversant le corps de cyclone (2), répartis régulièrement sur la périphérie du corps de cyclone (2) dans un plan horizontal et dont l'extrémité intérieure (7) supporte la partie haute de la jupe (1) grâce à une bride annulaire horizontale (4) agencée sur la jupe (1) et en appui sur les sabots (3).
  2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sabots (3) sont escamotables.
  3. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enfoncement de chaque sabot (3) vers l'intérieur du cyclone est réglable.
  4. Agencement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque sabot (3) est disposé dans un fourreau (10) solidaire de l'enveloppe métallique (20) du corps de cyclone (2).
  5. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (7) des sabots (3) est insérée dans des logements prévus dans la partie haute de la jupe.
  6. Agencement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les logements prévus dans la partie haute de la jupe (1) sont formés par une seconde bride annulaire horizontale (5) agencée dans la partie haute de la jupe (1) et par des entretoises verticales (6) disposées entre les deux brides (4, 5).
  7. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque sabot (3) a une structure creuse renforcée de parois internes (17).
  8. Agencement selon la revendication 7, caractérisé en ce que les parois internes (17) sont agencées en chicane, chaque sabot (3) comportant des orifices d'entrée et de sortie (18, 19) destinés au passage d'un fluide de refroidissement.
  9. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'est prévu un dispositif d'étanchéité entre la jupe (1) et la matière réfractaire (12) du corps de cyclone (2).
  10. Agencement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif d'étanchéité est constitué de morceaux de couronne (13) fixés sur la bride supérieure (4) de la jupe et insérés dans une garniture en matière réfractaire (11) logée dans le corps de cyclone (2).
  11. Agencement selon la revendication 10, caractérisé en ce que les morceaux de couronne (13) sont constitués de matériau réfractaire.
EP91120037A 1990-11-27 1991-11-25 Agencement de support et de guidage d'une jupe de cyclone dans une chaudière à lit fluidisé circulant Expired - Lifetime EP0488098B1 (fr)

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FR9014807A FR2669559B1 (fr) 1990-11-27 1990-11-27 Agencement de support et de guidage d'une jupe de cyclone dans une chaudiere a lit fluidise circulant.

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DE (1) DE69105928T2 (fr)
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