EP0543705A1 - Injection head improving the dispersion of a powder in a desulfurization chamber of a heat generator - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des générateurs de chaleur fonctionnant avec des combustibles à hautes teneurs en soufre et en azote. Or, des émissions réduites d'oxydes de soufre, d'oxydes d'azote et/ou de combustibles imbrûlés sont maintenant exigées par les législations en vigueur dans les principaux pays industrialisés. Il s'agit donc d'améliorer la combustion tant au plan du rendement qu'au plan de la qualité des rejets émis par les générateurs de chaleur.The present invention relates to the field of heat generators operating with fuels with high sulfur and nitrogen contents. However, reduced emissions of sulfur oxides, nitrogen oxides and / or unburnt fuels are now required by the legislation in force in the main industrialized countries. It is therefore a question of improving combustion both in terms of yield and in terms of the quality of the emissions emitted by the heat generators.
La présente invention propose une amélioration dans ce domaine.The present invention provides an improvement in this area.
Elle concerne plus particulièrement les injecteurs ou têtes d'injection qui équipent les générateurs de chaleur précités et qui permettent, notamment, d'injecter pneumatiquement des poudres sèches, des poudres d'absorbant telles que chaux, calcaire, magnésie, dolomie... destinées à désulfurer les gaz de combustion.It relates more particularly to the injectors or injection heads which equip the aforementioned heat generators and which make it possible, in particular, to pneumatically inject dry powders, absorbent powders such as lime, limestone, magnesia, dolomite ... intended to desulfurize the combustion gases.
Le document FR-A-2.636.720 divulgue un générateur de chaleur auquel s'applique particulièrement bien l'invention. De façon connue, et comme le montre la figure 1, dans ce type de générateur, les effluents de combustion parcourent un cheminement en "S" à travers respectivement une chambre de combustion 1, une chambre de désulfuration 8 et une chambre de récupération de chaleur 16. Ils peuvent ensuite être rejetés à l'atmosphère puisque après ce parcours, ils sont débarassés de la majeure partie de leurs polluants. Une séparation entre particules solides et gaz effluents peut, en outre, être réalisée en différents points 20, 22, du circuit. Au niveau de la chambre de désulfuration 8, les effluents gazeux de combustion sont mélangés à des particules d'absorbant de désulfuration tels que des chaux, des calcaires, des magnésies, des dolomies ou des mélanges plus complexes comprenant au minimum du calcium, du magnésium ou du sodium.Document FR-A-2,636,720 discloses a heat generator to which the invention applies particularly well. In a known manner, and as shown in FIG. 1, in this type of generator, the combustion effluents travel in an "S" path through respectively a combustion chamber 1, a desulfurization chamber 8 and a
La dispersion spatiale de l'absorbant et son mélange avec les effluents de combustion dans la chambre de désulfuration 8, est réalisée, selon cet art antérieur, en ajoutant une arrivée d'air comprimé 26 au niveau de l'injecteur 10 afin de réaliser une pulvérisation pneumatique de l'absorbant.The spatial dispersion of the absorbent and its mixture with the combustion effluents in the desulfurization chamber 8, is carried out, according to this prior art, by adding an air inlet compressed 26 at the level of the
Cependant, l'expérience a montré que les poudres ainsi injectées ne présentent pas un pouvoir dispersant suffisant, le mélange obtenu n'étant pas suffisamment homogène : les "paquets" de poudre qui se trouvent injectés dans la chambre de désulfuration ne remplissent pas leur fonction d'absorbant de façon optimale, ce qui influe négativement sur le rendement du réacteur.However, experience has shown that the powders thus injected do not have sufficient dispersing power, the mixture obtained not being sufficiently homogeneous: the "packages" of powder which are injected into the desulphurization chamber do not fulfill their function. absorbent optimally, which negatively affects the performance of the reactor.
Ainsi, il a été expérimenté qu'un réacteur équipé d'injecteur selon l'invention permet d'augmenter le rendement de plusieurs pourcents.Thus, it has been tested that a reactor equipped with an injector according to the invention makes it possible to increase the yield by several percent.
L'invention vise à remédier aux inconvénients précités en proposant des injecteurs du type décrit en tête de la description.The invention aims to remedy the aforementioned drawbacks by proposing injectors of the type described at the head of the description.
Les injecteurs selon l'invention permettent de réaliser un mélange homogène en un temps de séjour optimal.The injectors according to the invention make it possible to produce a homogeneous mixture in an optimal residence time.
Ils peuvent être utilisés avec tout type d'absorbant pulvérulent et possèdent un excellent pouvoir dispersant. Ils fonctionnent de préférence dans les conditions suivantes :
- avec des poudres sèches de diamètre moyen compris entre 1 et 100 micromètres, de préférence entre 1 et 50 micromètres ;
- pour des vitesses d'injection, au niveau de l'extrémité située du côté de la chambre de désulfuration, comprises entre 10 et 200 m/s et de préférence entre 20 et 80 m/s ;
- avec des concentrations de particules dans le fluide de transport comprises entre 0,2 et 5 kg de poudre par kilogramme de fluide et de préférence comprises entre 0,5 et 2 kg par kilogramme de fluide ;
- sans recirculation des fumées de combustion ;
- avec des diamètres de la base de l'injecteur compris couramment entre 1 et 15 centimètres.
- with dry powders with an average diameter of between 1 and 100 micrometers, preferably between 1 and 50 micrometers;
- for injection speeds, at the end situated on the side of the desulphurization chamber, between 10 and 200 m / s and preferably between 20 and 80 m / s;
- with concentrations of particles in the transport fluid between 0.2 and 5 kg of powder per kilogram of fluid and preferably between 0.5 and 2 kg per kilogram of fluid;
- without recirculation of combustion fumes;
- with diameters of the base of the injector commonly between 1 and 15 centimeters.
L'injection dans la veine de gaz peut être effectuée indifféremment à contre-courant ou à co-courant.The injection into the gas stream can be carried out either against the current or against the current.
De préférence, plusieurs injecteurs pourront équiper un générateur de chaleur tel que défini plus haut.Preferably, several injectors can equip a heat generator as defined above.
La disposition réciproque et la géométrie propre des injecteurs choisis dépendra des impératifs du fonctionnement général du générateur.The reciprocal arrangement and the proper geometry of the injectors chosen will depend on the requirements of the general operation of the generator.
On cherchera, dans certaines zones du réacteur, à obtenir un jet plan : une première géométrie est proposée à cet effet.We will try, in certain areas of the reactor, to obtain a plane jet: a first geometry is proposed for this purpose.
Selon certains autres impératifs, un jet selon deux plans sera recherché : l'invention propose dans ce cas une autre géométrie d'injecteurs.According to certain other imperatives, a jet in two planes will be sought: the invention in this case proposes another geometry of injectors.
Sans sortir du cadre de l'invention, le jet obtenu peut être compris dans un cône.Without departing from the scope of the invention, the jet obtained can be included in a cone.
Les injecteurs selon l'invention permettent donc avantageusement de maîtriser à la fois la forme des jets mais également les propriétés du mélange généré : vitesse, débit, concentration.The injectors according to the invention therefore advantageously make it possible to control both the shape of the jets but also the properties of the mixture generated: speed, flow rate, concentration.
Plusieurs modes de réalisation de l'invention répondent à ces critères :Several embodiments of the invention meet these criteria:
Selon un premier mode de réalisation, l'extrémité située à l'intérieur de la chambre de désulfuration est constituée d'une partie bombée pourvue d'au moins une fente transversale dont la largeur est comprise entre un demi et un dixième du diamètre moyen de la section de passage située juste en amont de ladite partie bombée.According to a first embodiment, the end situated inside the desulphurization chamber consists of a convex part provided with at least one transverse slot whose width is between half and one tenth of the average diameter of the passage section located just upstream of said curved portion.
En outre, l'extrémité de la tête d'injection peut comprendre deux fentes disposées perpendiculairement l'une à l'autre.In addition, the end of the injection head may include two slots arranged perpendicular to each other.
Selon un autre mode de réalisation, l'extrémité de ladite tête est en forme de toit à double pente dont le sommet comprend une fente allongée et est muni d'une entaille définie à partir de ladite fente, les côtés de ladite entaille se rapprochant à mesure de l'éloignement dudit sommet.According to another embodiment, the end of said head is in the form of a double-pitched roof, the top of which comprises an elongated slot and is provided with a notch defined from said slot, the sides of said notch approaching measurement of the distance from said vertex.
Sans sortir du cadre de l'invention, la tête d'injection peut être constituée d'un profil d'extrémité sensiblement cylindrique muni d'une pluralité de fentes longitudinales, l'extrémité du profil cylindrique étant obturée, côté chambre de désulfuration, par la base d'un cône dont la pointe est située à l'intérieur dudit profil cylindrique.Without departing from the scope of the invention, the injection head may consist of a substantially cylindrical end profile provided with a plurality of longitudinal slots, the end of the cylindrical profile being closed, desulfurization chamber side, by the base of a cone, the point of which is located inside said cylindrical profile.
De façon particulière, la tête d'injection selon l'invention comprend un profil sensiblement conique muni de plusieurs entailles, l'extrémité du profil étant obturée, côté chambre de désulfuration, par un cône dont la pointe est orientée vers l'intérieur du profil, lesdites entailles et le cône coopérant afin de générer un jet conique ou selon un plan perpendiculaire à l'axe de la tête d'injection.In particular, the injection head according to the invention comprises a substantially conical profile provided with several notches, the end of the profile being closed, on the desulphurization chamber side, by a cone whose tip is oriented towards the inside of the profile. , said notches and the cone cooperating in order to generate a conical jet or in a plane perpendicular to the axis of the injection head.
L'invention sera mieux comprise, d'autres particularités et avantages ressortiront mieux de la description qui va suivre faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- les figures 2A et 2B représentent respectivement des vues de face et de côté d'un premier mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 3A et 3B montrent respectivement des vues de face et de côté d'un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 4A et 4B illustrent un troisième mode de réalisation de l'invention par des vues de face et de côté ;
- les figures 5A et 5B représentent respectivement des vues de face et de côté d'un autre mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 6A et 6B concernent une vue de face et une vue de côté d'une autre façon de réaliser l'invention.
- FIGS. 2A and 2B respectively represent front and side views of a first embodiment of the invention;
- FIGS. 3A and 3B respectively show front and side views of a second embodiment of the invention;
- FIGS. 4A and 4B illustrate a third embodiment of the invention by front and side views;
- FIGS. 5A and 5B respectively represent front and side views of another embodiment of the invention;
- Figures 6A and 6B relate to a front view and a side view of another way of carrying out the invention.
D'une façon générale selon l'invention, l'embout ou tête d'injection peut être une pièce indépendante vissée ou fixée par tout moyen connu en soi sur l'extrémité du tube 10 d'injection du mélange air comprimé - poudre ou vapeur - poudre ou plus généralement fluide d'entraînement - poudre.In general according to the invention, the nozzle or injection head can be an independent piece screwed or fixed by any means known per se to the end of the
Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, la tête d'injection peut aussi être monobloc avec le tube 10 d'injection du mélange.Of course, without departing from the scope of the invention, the injection head can also be in one piece with the
Les figures 2A et 2B montrent une première géométrie de la tête d'injection qui crée un jet plan. Ce type d'injecteur est plus spécifiquement choisi lorsque l'on souhaite injecter selon un plan perpendiculairement à l'écoulement général du fluide ou encore pour une injection à contre-courant suivant un angle inférieur à 45°.Figures 2A and 2B show a first geometry of the injection head which creates a plane jet. This type of injector is more specifically chosen when it is desired to inject in a plane perpendicular to the general flow of the fluid or else for injection against the current at an angle less than 45 °.
Cette géométrie est constituée d'une base 20 sensiblement cylindrique située du côté de l'embouchure du tube 10 d'injection, qui peut se visser sur l'extrémité du tube 10.This geometry consists of a substantially
Cette base peut être prolongée par une partie extérieurement conique 21 elle-même prolongée par une zone hémisphérique, ou plus généralement une zone bombée 22 dans laquelle est ménagée une fente 23 qui s'étend transversalement.This base can be extended by an externally
La largeur de la fente 23 est comprise entre un dixième et un demi diamètre moyen de la section de passage située juste en amont de la zone bombée 22.The width of the
Une autre façon de définir la fente 23 consiste à dire que sa surface est comprise entre 1/2 et 1/6 de la section de passage précitée.Another way to define the
Cette géométrie permet de réduire assez notablement la section de l'écoulement vers la sortie côté réacteur sans créer pour autant de zones de rétention de la poudre à l'intérieur de la tête.This geometry makes it possible to reduce the cross-section of the flow towards the outlet on the reactor side quite appreciably without thereby creating powder retention zones inside the head.
Ainsi, l'augmentation brusque de la vitesse des particules permet d'obtenir une impulsion des particules plus importante en sortie, que dans le cas d'un tube selon l'art antérieur, c'est-à-dire sans embout.Thus, the sudden increase in the speed of the particles makes it possible to obtain a greater pulse of the particles at the outlet, than in the case of a tube according to the prior art, that is to say without a nozzle.
La poudre doit posséder en sortie d'injecteur une forte vitesse, afin de pouvoir pénétrer dans l'écoulement principal lorsqu'il est placé selon un plan perpendiculaire ou oblique à cet écoulement principal.The powder must have a high speed at the outlet of the injector, in order to be able to penetrate into the main flow when it is placed in a plane perpendicular or oblique to this main flow.
D'autre part, avec cette géométrie, l'écoulement est stable puisque il n'y a pas de zone de rétention de la poudre à l'intérieur de la tête d'injection.On the other hand, with this geometry, the flow is stable since there is no powder retention zone inside the injection head.
Les figures 3A et 3B montrent de face et de profil une autre tête d'injection, dérivée de la précédente.Figures 3A and 3B show from the front and in profile another injection head, derived from the previous one.
En effet, cette tête d'injection présente les mêmes caractéristiques que la précédente, mais elle est pourvue en outre d'une seconde fente 24 qui s'étend elle aussi sur la partie bombée de la tête, de préférence perpendiculairement à la première fente 23.In fact, this injection head has the same characteristics as the previous one, but it is also provided with a
Cette géométrie permet donc une distribution de la poudre selon deux plans privilégiés, perpendiculaires entre eux. Elle sera utilisée de préférence pour l'injection à contre-courant.This geometry therefore allows a distribution of the powder according to two privileged planes, perpendicular to each other. It will preferably be used for injection against the current.
Les figures 4A et 4B illustrent un mode de réalisation de l'invention qui permet de générer un jet plan.FIGS. 4A and 4B illustrate an embodiment of the invention which makes it possible to generate a plane jet.
La tête comprend une partie, ou base 20, sensiblement cylindrique liée à l'extrémité du tube d'injection. La base cylindrique est prolongée par une partie pincée ou biseautée 40 en forme de toit à double pente.The head comprises a substantially cylindrical part or
Le sommet de la partie biseautée est une fente 41 qui s'étend selon tout ou partie du diamètre de la tête. A partir de la fente 41, au moins une entaille en V, 42, peut être prévue, l'épaisseur de l'entaille diminuant à mesure que l'on s'éloigne du sommet 41. La section interne de l'embout décroît régulièrement depuis la base 20 jusqu'au sommet 41.The top of the bevelled part is a
Cette géométrie permettant d'obtenir un jet plat, elle sera utilisée de préférence pour réaliser une injection perpendiculairement à l'écoulement principal ; ou encore pour une injection à contre-courant suivant un angle inférieur à 45° par rapport à l'écoulement principal.This geometry making it possible to obtain a flat jet, it will preferably be used to carry out an injection perpendicular to the main flow; or for an injection against the current at an angle less than 45 ° relative to the main flow.
Les particularités relevées pour la première géométrie s'appliquent également à ce mode de réalisation de l'invention.The features noted for the first geometry also apply to this embodiment of the invention.
Lorsqu'un jet conique, ou selon un plan perpendiculaire à l'axe de la tête, est nécessaire, un injecteur tel qu'illustré par les figures 5A et 5B est choisi. Cet injecteur est constitué d'une embase 20 sensiblement cylindrique et adaptable sur l'embout du tube d'injection. Une partie extérieurement conique 21 peut prolonger l'embase 20.When a conical jet, or along a plane perpendicular to the axis of the head, is necessary, an injector as illustrated in FIGS. 5A and 5B is chosen. This injector consists of a substantially
L'extrémité de la tête d'injection présente un profil extérieur cylindrique 50. Le cylindre 50 est évidé et constitué de fentes longitudinales 51 et de parties pleines 52. La base d'un cône 53 vient fermer toute l'extrémité du cylindre 50. L'orientation du cône 53, pointe tournée vers l'intérieur du cylindre 50 permet de créer un jet évasé, plus précisément selon un cône d'angle au sommet supérieur à 45 degrés. Un jet selon un plan perpendiculaire à l'axe de la tête d'injection peut aussi être obtenu.The end of the injection head has a cylindrical
Le nombre de fentes 51 est variable selon les dimensions de l'injecteur et selon les débits à injecter. Ce type de tête d'injection peut être utilisé indifféremment à co- ou à contre-courant.The number of
Le cône 53 a de préférence un angle d'ouverture inférieur à 90 degrés afin d'éviter l'accrochage de la poudre entre la base du cône et les parties pleines 52 du cylindre 50.The
Les figures 6A et 6B montrent un autre arrangement de la tête d'injection selon l'invention, qui présente une zone de raccordement 20, 21 tel que déjà définie.FIGS. 6A and 6B show another arrangement of the injection head according to the invention, which has a
Cette géométrie comporte en outre une extrémité d'injection 60 sensiblement tubulaire obturée, côté chambre de désulfuration, par la base d'un cône 61.This geometry also includes a substantially
Des entailles 62 sont en outre prévues près de l'extrémité afin de constituer, en coopération avec le cône 61, une sortie "dirigée" du jet.
La tête d'injection ainsi définie permet d'obtenir un jet conique ou selon un plan perpendiculaire à l'axe de symétrie de la tête d'injection.The injection head thus defined makes it possible to obtain a conical jet or in a plane perpendicular to the axis of symmetry of the injection head.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer à partir de la description qui vient d'être donnée à titre illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.Of course, those skilled in the art will be able to imagine, from the description which has just been given by way of illustration and in no way limiting, various variants and modifications not departing from the scope of the invention.
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