EP0565935A1 - Gazogène à co-courant - Google Patents

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EP0565935A1
EP0565935A1 EP93105118A EP93105118A EP0565935A1 EP 0565935 A1 EP0565935 A1 EP 0565935A1 EP 93105118 A EP93105118 A EP 93105118A EP 93105118 A EP93105118 A EP 93105118A EP 0565935 A1 EP0565935 A1 EP 0565935A1
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EP
European Patent Office
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hearth
chamber
gas generator
helical screw
fact
Prior art date
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EP93105118A
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Léon Ing. Jaccard
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PORETTI-GAGGINI SA
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PORETTI-GAGGINI SA
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/30—Fuel charging devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
    • C10J3/60—Processes
    • C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
    • C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/158—Screws

Definitions

  • the present invention relates to a co - current gasifier, as described in claim 1.
  • a gasifier having the characteristics described in the prologue of claim 1 of the present invention , in which is mentioned a helical screw which, in its axial part, consists of a central tube through which the material to be gasified is brought, from the top to the hearth where the helical screw rotates during the operation of the gasifier so as transport the material from the bottom, that is to say from the place of the hearth, to the top, where the tube has an opening through which it can enter inside the tube, both the fresh gasifier material and the material which has already passed through the hearth area and transported upwards by the helical screw.
  • the object of the present invention is therefore to eliminate the drawbacks of the co-current gasifier of the State of the technique and in particular to propose a construction of gasifier in which all the material to be gasified is forced to pass for a perfectly controllable time through a combustion zone subjected to a minimum temperature and in addition in which it is not necessary to provide a grate device for ash removal.
  • a gasifier having the characteristics of the characterizing part of claim 1.
  • the hearth is constituted by the extension of the annular chamber and that the primary combustion air is led to the annular hearth both on the outside and on the inside of said hearth, the material is forced to pass through a combustion zone in the form of a crown which, being supplied on both sides with oxygen from the primary air, can extend over the entire section of said annular zone. It is therefore not possible to form "dead" zones or spots, precisely zones in which the supply of primary air is insufficient to ensure the complete combustion of the passage material, as was the case on the other hand with the subject state of the art gasifier
  • the gasifier according to the invention can freely choose the parameters determining the time of passage of the material through the primary combustion zone, or hearth of the gasifier - parameters which are among them two, more precisely the axial propagation of the zone of the hearth and the speed of rotation of the helical screw, which determines the displacement of the equipment - it is possible to guarantee a minimum time for equipment to stay in the hot zone of the fireplace.
  • the axial length of the gasifier zone in which the primary air intake holes are provided both inside and outside the said hearth.
  • the material to be gasified remains for a minimum period of time in the zone of the hearth, where prevails a temperature of 1000 ° C to 1400 ° C. It is recognized by experts that if this is the case, there is no danger of the formation of fearsome tars, that of toxic gases such as dioxins, gases which can be formed mainly during the combustion of waste materials capitaous contaminated by glues or various kinds of paints. Such a danger is particularly to be feared when the gasifier or the direct combustion boiler is supplied with building demolition equipment or with waste from the manufacture of modern furniture. It is precisely for this type of application that the gasifier proposed here has the greatest advantages.
  • Another non-negligible advantage of the gasifier according to the present invention lies in the absence of a grid for separating the ash produced. Thanks to the fact that the hearth is located in the upper part of the helical material supply screw, the very fine ash that forms - consisting of non-combustible particles of mainly mineral nature - is driven upwards with the material and end up - because of their lightness - being carried upwards by the gas flow, in the final combustion chamber. It is clear that such fine particles of ash must then, depending on the use to be made of the gas and also taking into account the legal requirements concerning the maximum concentrations of dust contained in the combustion gases of such an installation, be properly disposed of. .
  • This subsequent purification operation of the gases extracted from the installation which can be done by the use of cyclonic or electrostatic filters, constitutes a current measurement in all combustion installations of the type of the invention, mainly in those whose purpose is to burn contaminated materials as in this case, hence the need to provide such a filter does not involve any constraint or additional costs compared to a current installation.
  • the possibility of giving up as is the case in the present invention, the use of a grid arranged under the hearth, certainly represents an appreciable advantage.
  • the embodiment according to claim 2 which provides for the use of an axis of the hollow helical screw to bring from its interior the primary air part intended for the hearth, has the advantage of having an air distribution. very simple and in addition to guarantee the continuous cooling of the rolling bearings on which the helical screw turns, so as to make superfluous any other measure tending to avoid the transmission by heat conduction along the axis of the helical screw until it is fixed.
  • the preferred embodiment according to claim 3 constitutes an extremely simple embodiment for the return of the material, which also allows recycling to be carried out without using other mobile elements, since the material is recirculated by gravity and by Furthermore, thanks to the fact that the return chamber is coaxial with the gasification chamber and the transport chamber, to obtain a particularly compact construction of the gas generator according to the invention.
  • the preferred embodiment according to claim 4 is an optimal solution to the problem of mixing "recycled" material from the top and fresh material from the buffer silo. Indeed, thanks to the presence of a second helical screw coaxial with the helical screw of previous transport, but separated from the latter by an area of the axis without helical screw, and to the fact that in this area a device works. '' supply of fresh material, we manage to optimally solve the problem of supplying material without compacting said material and above all by avoiding the danger, always present in the event of supply of granular material, only of material could get caught between the helical screw and the wall, blocking the installation.
  • Claim 5 relates to a particularly advantageous embodiment of the device for supplying fresh material, usable in the embodiment of the gasifier according to the characteristics of claim 4.
  • the supply device is a simple arm rotating around from an axis parallel to the axis of the helical screw: this is a very simple solution with proven practical effectiveness.
  • the buffer silo is arranged essentially coaxially with the axis of the helical screw, respectively with the axis of the gas generator, so as to close the gas generator all along its peripheral surface.
  • the preferred embodiment of claim 7 constitutes an optimum complement to claim 6, because it allows the adaptation of a rotating transport arm fixed integrally to the axis of the coaxial helical screws. Thanks to this, it is possible to dispense with providing a separate mobile device for the said transport arm, which constitutes a non-negligible simplification, taking into account that in a gasifier it is advantageous to reduce the number of moving elements to the strict minimum.
  • Claim 8 relates to a further improvement of the mixing chamber because, thanks to the presence of a second rotating arm which licks the bottom of the mixing chamber, obtains on the one hand a better mixture of the constituents of the fresh and "recycled” materials and on the other hand a safer transport of the material upwards by the helical screw, because the second arm carries the material from the periphery of the chamber mixing towards the said helical screw.
  • Claim 9 relates to a preferred form of the invention which provides a particularly simple and effective system for blowing primary air from the outside to the inside of the annular hearth.
  • Claim 10 introduces a further improvement to the solution of claim 9, which improvement provides that the primary supply air enters the annular channel outside the hearth in a tangential direction, so as to produce in said channel a turbulence d 'air.
  • the purpose of this measurement is to improve the regularity of the primary air supply over the entire length of the external circumference of the hearth, thus avoiding the formation of preferential combustion channels which could be created opposite the insufflation points d primary air where supply is greatest. It is precisely one of the major concerns of the present invention to obtain "the most symmetrical" combustion possible, this expression highlighting the efforts undertaken to avoid the formation of preferred combustion zones as a result of an asymmetry in the distribution of primary air.
  • Claim 11 relates to a preferred form of the invention characterized in that the problem of igniting the gasifier is advantageously achieved by sending hot air under pressure into the hearth of the gasifier.
  • Claim 12 finally relates to a preferred configuration of the upper part of the gasifier, more precisely of the part situated above the gasification chamber.
  • a reduction chamber closed in its upper part by a grid for homogenizing the gas flow.
  • fresh material means woody material that is shredded in a timely manner so that it can be conveyed in a gasifier.
  • such material which can come directly from the forest as fuel wood as from the demolition of buildings or waste from the manufacture of furniture, etc., has geometric dimensions which determine its particle size, which range from a few centimeters (about 5 cm) to a few millimeters. This material is symbolically represented, in the attached Figures, by small circles. Charcoal, obtained by transformation of lignite in the gasification chamber, is represented graphically in the Figures by commas.
  • this material enters the circuit and mixes with the fresh material: for this reason, this is indicated under the name of "recycled” material, implying in this definition the fact that the material is returned to the combustion circuit inside the gasifier.
  • the expression “recycled” therefore has no other meaning in this description than that indicated above. In particular, it does not relate to any recycling operations which could take place outside said gasifier.
  • the buffer silo 1 is equipped with detectors, not shown, which control the valve 3 so as to maintain constant, within selected tolerance limits, the level of the material 2 inside said buffer silo.
  • the buffer silo 1 is connected to a transport chamber 5 of annular shape.
  • the transport chamber 5 is delimited externally by a wall 6 essentially cylindrical inside of which rotates a helical screw 7 consisting of a central shaft 8 and a sheet metal core 9 wound in the form of a spiral around the shaft 8.
  • the shaft 8 of the helical screw 7 is supported by two rotary bearings 10 and 11 fixed in the housing fitted in part 12 which forms the base of the gasifier.
  • the shaft 8 is actuated in slow rotation by means of the geared motor 13 and an adequate transmission system, for example pulleys 14 and 15 and a belt 16, as illustrated in FIG. 1. It is understood that any other rotary drive device of the shaft 8 can be used.
  • the transport chamber 5 is delimited externally by the cylindrical wall 6 and internally by the shaft 8 of the helical screw 7: which is essentially an annular chamber inside which chamber the material to be treated is pushed from the bottom to the top, as will be described in more detail later.
  • the upper part of the cylindrical wall 6 has, along an area indicated by I, a series of holes 17 through which an air flow, relating only to part of the primary combustion air according to the invention, passes from the outside of the wall 6 towards the inside, as indicated by the arrow f.
  • the air flow indicated by f is therefore an essentially radial air flow directed towards the inside of the cylindrical wall 6.
  • Preferred examples of such air blowing will in any case be described and will be the subject of claims dependent on the invention.
  • a second air flow is directed, which constitutes a part of the invention, according to arrow F and through holes 19, from the interior towards the outside of the annular transport chamber 5, so that in the zone I designated as the hearth of the gas generator and indicated by the reference number 18, an annular zone is formed, supplied both from the outside according to the arrow f and from the interior according to arrow F, in primary combustion air.
  • the specific manner in which the second part of primary air is supplied to the hearth 18 from the inside is not decisive for this invention: to which a preferred form of solution will however be described and will be the subject of a claim subject to the invention.
  • a hearth 18 along the zone I of annular shape and supplied with primary combustion air both from the outside, according to arrow f, and from the inside, according to arrow F is a essential objects of the present invention. Thanks to this clever system, in fact, as will be described more explicitly below, the material to be gasified is forced to pass through a hearth 18 of absolutely well defined section and shape, in which, following the insufflation primary air simultaneously on both sides, "partial" combustion zones cannot form and inside which the temperature would be lower than that of the remaining zones of the hearth.
  • the annular zone of the hearth 18 can in fact be chosen, in its dimensions (diameter and length in the axial direction), so that, everywhere inside this said zone and taking into account the necessary primary air flow , the combustion conditions are absolutely homogeneous. This condition is very important for the good operation of a gasifier, in particular when it comes to treating "contaminated" woody materials, for which it is required, in order to avoid any formation of harmful substances such as dioxins, that all the material be forced to pass through an area brought to a given minimum temperature (for example> 1200 ° C) for a minimum determined time.
  • a given minimum temperature for example> 1200 ° C
  • the shaft of the helical screw 7, which in a preferred form of the invention is perforated with holes 19 from which the second part of the primary air comes out, can - but must not not necessarily - terminate at the top of the hearth 18, so that the definition of "essentially annular" of the gasification chamber 20 is justified, in the sense that said gasification chamber may be annular in its lowest part and simply cylindrical in the highest one. This is not essential in the present invention.
  • the primary air can reach the holes 17 and 19, that is to say that these are connected - the first by the outside of the cylindrical wall 6 and the second by the inside the shaft of the helical screw 8 - to a source of pressurized air.
  • This source can be individual for each series of holes 17 and 19 or on the contrary we can provide a source unique for both sets of holes.
  • the insufflation of the primary air inside the hearth 18 is ensured by the fact that the shaft 8 of the helical screw 7 is hollow and forms a supply pipe of the primary air.
  • the shaft 8 therefore has the form of a tube closed at its upper part by a cover 21. In the vicinity of its upper end closed by the cover, one or more rows of holes 19 are made symmetrically along one or more of several circumference (s) of the wall of the tube.
  • the tube At its lower end, which rotates because it constitutes the shaft of the helical screw, the tube is provided with a coupling 22 with an air supply tube 23 connected to the fan 24.
  • the said tube Thanks to the continuous passage of external air through the tube 8, the said tube, and in particular its rotary bearings, are constantly cooled, thus making any other measure of insulation or braking of the transmission of heat by conduction unnecessary. the wall of said tube.
  • Other forms of supplying primary air to the holes 19 are naturally conceivable (for example from the top through the cover 21), but that described previously is the most appropriate.
  • FIG. 1 shows a form of preferred solution, which consists in the fact that the said air is led through the holes 17 made in the wall. essentially cylindrical 6 of the transport chamber 5.
  • the holes 17 are arranged in one or more rows over the entire circumference of said wall 6 and communicate with a channel 25 arranged concentrically around the outer circumference of the wall 6.
  • Channel 25 is additionally connected, by a connecting tube 26, to the source of pressurized air.
  • the tube 26 is connected to the fan 24 which fan provides the primary air used to supply the hearth 18 from the interior of its annular zone.
  • the operation of the gasifier described above is as follows: The fresh material to be burned - for its gasification - descends from the buffer silo 1 and arrives in the lower part of the helical screw 7 after having passed through the lower part 4 of the buffer silo 1.
  • the adjustment of the quantity of material transported by the helical screw 7, that is to say the adjustment of the speed of rotation of the said helical screw, allows, taking into account the dimensions of the gasifier and in particular the axial length I of the zone of the hearth 18 and of the primary combustion air flow blown into the hearth, to adequately adapt the degree of transformation of the wood into charcoal. Indeed in the zone which follows the hearth 18, namely in the gasification chamber proper 20, the carbon dioxide must pass through a layer of charcoal and by combination with this said charcoal, to form the monoxide of carbon, which is the gas that we seek to produce and which can produce heat during secondary combustion in a combustion chamber (not shown) as well as as fuel for internal combustion engines (not shown).
  • the materials of the second and third types mentioned above are however constrained to pass over the edge 27 and to fall, the said recycled material, into a return chamber 28 which externally surrounds the cylindrical part 6 of the transport chamber 5
  • the return chamber 28 communicates at its lower part with the lower part 4 of the buffer silo 1, so that the material - which we will henceforth call recycled - mixes at this meeting point with the fresh material 2 coming from the buffer silo 1 .
  • this feature has a very important advantage with regard to the adjustment of the power of the device. Indeed to vary the calorific power provided by the gasifier, that is to say the amount of carbon monoxide produced, it is necessary and sufficient to vary the quantity of primary air sent to the hearth 18, which, in the example of FIG. 1, corresponds to varying the speed of rotation of the fan 24. In fact if the quantity of fresh material brought in by the helical screw is always sufficient, more precisely if it is always greater than the quantity of combustible material corresponding to the maximum power provided of the gasifier, the quantity of gas produced depends directly and solely on the quantity of primary air brought to the hearth 18.
  • Fig. 2 shows a variant of the gasifier which is the subject of the invention, which variant aims to improve the mixing of fresh and recycled materials and to increase the operational safety of the device, by eliminating all danger of settling in the mixing chamber or blocking of the helical screw.
  • FIG. 2 The parts of the apparatus of FIG. 2 corresponding to those of the apparatus of FIG. 1 are indicated, in FIG. 2, with the same reference numbers.
  • FIG. 2 differs from that of FIG. 1 by the fact that the return chamber 28 consists at its lower part of an annular opening 29 below which is disposed a mixing chamber 30 of the fresh material and of the "recycled" material of essentially annular shape, in which turns a second helical screw 31 having essentially the same dimensions as those of the helical screw 7 for transporting the material to the hearth 18.
  • the second helical screw 31 and the helical screw 7 for transport have a common axis 8 and are separated one on the other by a zone m of the axis 8 without helical screw, at the height of which zone a feed device 32 pushes the fresh material from the lower part 4 of the buffer silo 1 towards the mixing chamber 30.
  • the material supply device 32 is an arm 32 rotating around an axis 33 parallel to the axis 8 of the helical screw 7 licking, in its rotation, the horizontal bottom wall 34 of the buffer silo 1. In this way, the feed device 32 pushes the fresh material towards the mixing chamber 30, where the said fresh material comes mixed with the recycled material which has protruded from the end 27 of the gasification chamber 20 and which falls along the return chamber 28.
  • the shaft 33 of the rotating feed device 32 is driven by means of a pulley 36 which is itself driven by the belt 16 which also drives the shaft 8 of the helical screws 7 and 31.
  • the arm 32 representing the said supply device is only one, although preferred, among the many existing possibilities for such a device.
  • Another system, the function of which would be equivalent, could be that, not indicated, which would provide a horizontal helical screw placed in the lower part of the buffer silo 1 and ending in the zone m free of helical screw.
  • a supply device 32 must on the one hand facilitate the feeding of the fresh material to the mixing chamber 30 and on the other hand prevent the material from becoming embedded between the edge of the helical screw 7 and the lower edge of the cylindrical wall 6, danger always possible when using a helical screw.
  • the supply device 32 must therefore be executed in such a way as to "clean" the said edge from time to time. lower and thus remove the pieces of wood or charcoal that could have got caught in it.
  • Fig. 3 represents a sectioned view along the axis I - I of FIG. 2 which illustrates another preferred variant of a gasifier of the present invention.
  • connection of the channel 25, which conducts the primary air from the outside to the hearth, through the crown of the holes 17, with the source of air under pressure is made by means of one or more several, in the present case for example of three supply tubes 26 ', 26' ', and 26' '' which open tangentially into the channel 25. Thanks to these arrangements, turbulence is created inside the channel 25 of air which gives the best guarantees of obtaining a regular distribution of the primary air over the entire circumference of the cylindrical part 6 of the channel 25. Such regularity of the supply of primary air along the entire circumference of the hearth 18 is of capital importance by guaranteeing an absolute homogeneity of the combustion conditions in the hearth 18, thus avoiding any formation of zones at lower temperature.
  • connection tubes 26 ', 26' 'and 26' '' in at least one of the connection tubes 26 ', 26' 'and 26' '' (in the case shown 26 '' ') is inserted an electrical resistor 36 the purpose of which is to heat the air which passes through it to ignite gasifier material when the gas generator is put into operation.
  • the gasifier is therefore ignited automatically as follows: firstly the buffer silo 1 is filled with wood chips or similar material, while the helical screw 7 rotates so that the fresh material at least fills the zone of the hearth 18. At this point the fan 24 is started at the same time as the resistor 36 is energized. The primary air, passing through said resistor 36, heats up with the consequence of rapidly igniting the fresh material which is in the zone of the hearth 18. From this moment begins the formation of carbon dioxide and the transformation lignite in charcoal, which moves - as a result of the continuous supply provided by the helical screw 7 - in the gasification zone. The ignition phase is then completed and the resistance can be put out of service.
  • Fig.4 shows another preferred embodiment of the invention, which allows for a compact construction of the gasifier and especially to reduce the thermal losses of the walls of the device, thereby improving the overall efficiency. Also in this embodiment the same parts of the variants according to Figures 1 and 2 are indicated by the same reference numbers.
  • the buffer silo 1 is arranged essentially coaxially with the axis 8 of the helical screw 7, so as to close the said gasifier around its entire periphery.
  • the buffer silo 1 therefore consists in this case of a cylindrical enclosure with an outer wall 37 closed at its upper part by a cover 38 in the center of which is mounted the supply valve 3.
  • the gasifier proper, contained in the casing 12 cylindrical and which, in the design, corresponds perfectly to that of the two examples described above by FIGS. 1 and 2 are suspended in the cylindrical container 37 by means of the connection tubes 26, as shown in FIG. 3, or also by arms provided specially for this purpose but not shown.
  • the buffer silo 1 of FIG. 3 forms, as shown in an analogous manner in FIG. 2, a mixing chamber 30.
  • the difference between the mixing chamber 30 of FIG. 2 is that that of FIG. 3, thanks to the fact that the buffer silo 1 is in this case perfectly symmetrical, is also perfectly symmetrical, and essentially has a shape of a truncated cone, with circular wall 39 inclined downwards and which is cross-linked so as to facilitate descent fresh material 2 from the buffer silo 1 and recycled material from the return chamber 28.
  • the thermal insulation obtained thanks to the layer of material raw - wood being a remarkable thermal insulator - which fills the space between container 37 and casing 12 - and the preheating of fresh material which thus arrives in the zone of the hearth already preheated for combustion - also includes that of the "automatic symmetry" of the mixture - since the raw material and that recycled meet in this place on the entire circumference of the gas and not only at a lateral point of the connection of the buffer silo 1 with the lower edge of the cylindrical wall 6, as was the case in the openings of Figures 1 and 2 - apart from the simplification of construction.
  • This last advantage is a direct consequence of the perfectly cylindrical construction of the buffer silo 1 and of its centering with the shaft 8 of the helical screw 7.
  • the arm 40 performs its function of supplying member, pushing the raw material which comes from the buffer silo 1 towards the center of the silo, that is to say towards the shaft 8 of the helical screws 7 and 31, there where the said material falls into the mixing chamber 30, to mix with the recycled material coming from the return chamber 28.
  • a further preferred solution of a detail of the invention advantageously adaptable in combination with a mixing chamber 30 as shown in the variants of Figures 2 and 4, provides for a second arm 41 ( Figures 2 and 3) to be fixed on the axis 8 of the helical screw 31, opposite the lower part of the second helical screw 31, which arm 41 licks the bottom 42 of the mixing chamber 30 and thus pushes the material towards the center, where it is taken up by the second helical screw 31 and transported upwards.
  • the function of arm 41 is identical to that of arm 40, that is to say that which consists of conveying - by virtue of its arcuate shape towards the front - the material towards the center of rotation.
  • the upper part of the gasifier constitutes a reduction chamber 43 closed in part upper by a grid 44 for homogenizing the gas pressure.
  • the purpose of this reduction chamber is, with the grid 44, to homogenize the gas produced and to give it the time necessary to reduce the nitrogen oxides present in said gas. Indeed the latter, in the presence of carbon monoxide react with the latter to give carbon dioxide and nitrogen. Thanks to this reaction, it is therefore possible to considerably reduce the level of nitrogen oxide present in the gas, which is greatly favorable for the protection of the environment.
  • connection zone 45 which collects the gas produced and leads it, through a channel 46, to the device provided downstream for the use of the carbon monoxide produced by the gasifier.
  • This gas - combustion in a heat exchanger in anticipation of heating or propulsion of an internal combustion engine or a turbine, etc. - is outside the scope of this invention and is therefore not described here.
  • the cocurrent gasifier according to the present invention is ideal above all for the gasification of polluted wood, thanks to the possibility described previously to perfectly control the times and temperatures of gasification in chamber 20.
  • it is also perfectly suitable as a producer of gas for heating from all types of fuelwood: the only condition is that the material be reduced to a particle size compatible with the dimensions of the device.

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Abstract

Le gazogène à co-courant selon l'invention possède une vis hélicoïdale de transport (7) qui transporte le matériel frais en même temps que le matériel recyclé - c'est à dire le matériel qui a déjà passé une ou plusieurs fois par le foyer (18) - du bas vers le haut le long d'une chambre de transport (5). Le foyer (18) de forme annulaire est alimenté en air primaire de combustion aussi bien de l'extérieur que de l'intérieur, de manière que tout le matériel à gazéïfier est contraint de passer à travers la zone du foyer (18) et est donc soumis à un processus complet de transformation en charbon de bois avec, comme conséquence, la formation de bioxyde de carbone. Au dessus du foyer (18) est disposée la chambre de gazéïfication (20), qui sert à la transformation du bioxyde de carbone en monoxyde de carbone. Ce gaz est ensuite dirigé vers l'extérieur pour une utilisation déterminée. (combustion, entrainement de moteurs). Le gazogène faisant l'objet de l'invention a l'avantage de garantir des conditions de gazéïfication parfaitement controlables, ce qui est indispensable en particulier lors du traitement de bois contaminé (bois de démolition, restes et déchets de fabrication etc..) <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un gazogène à co - courant, comme décrit à la revendication 1.
  • De la demande de brevet du déposant, déposée en Suisse le 23.08.1991 et à laquelle à été attribué le numéro de dépôt 02481/91-0, on connait un gazogène ayant les caractéristiques décrites dans le prologue de la revendication 1 de la présente invention, dans laquelle est mentionnée une vis hélicoïdale qui, en sa partie axiale, est constituée d'un tube central au travers duquel le matériel à gazéïfier est amené, du haut vers le foyer où la vis hélicoïdale tourne pendant le fonctionnement du gazogène de manière à transporter le matériel du bas, c'est à dire de l'endroit du foyer, vers le haut, où le tube présente une ouverture à travers laquelle il peut entrer à l'intérieur du tube, aussi bien le matériel à gazéïfier frais que le matériel qui a déjà passé dans la zone du foyer et transporté vers le haut par la vis hélicoïdale.
  • Dans la pratique, ce type de gazogène donne des résultats assez bons mais présente encore des inconvénients qui en limitent le champ d'application. Le premier de ceux ci provient du fait de travailler avec un foyer de forme annulaire alimenté d'une seule couronne d'admission d'air primaire. Ceci signifie qu' autour du tube percé des trous d'admission d'air primaire, il se forme bien une couronne circulaire de matériel en combustion, mais cette couronne n'a pas toujours la même épaisseur et surtout n'arrive pas à remplir impérativement la totalité de la chambre de combustion que forme le foyer. Cela signifie qu'il subsiste la possibilité que du matériel frais en provenance de l'intérieur du tube ne doive pas passer impérativement dans la zone de combustion, mais puisse passer au dessus de celle ci sans être concerné, c'est à dire sans qu'il y ait une transformation en bioxyde de carbone et en charbon de bois.
  • Ceci réduit naturellement la puissance du gazogène et est indésirable quand, comme c'est le cas lors de la combustion de bois recyclé contaminé par des substances nocives étrangères, on doit être certain que le matériel, pour éviter avec certidude toute formation possible de gaz toxiques et de goudrons, doit traverser une zone à une température minima de, par exemple, plus de 1000 °C pendant un temps minimum de, par exemple 2 secondes. Un autre inconvénient du gazogène à co - courant selon l'Etat de la technique est consistué par le fait que son foyer est situé au point le plus bas du circuit parcouru par le combustible. En conséquence de quoi, les restes de la combustion du bois qui se forment dans le foyer, en particulier les cendres, doivent être éloignés vers le bas au moyen d'une grille perforée. La présence d'une telle grille constitue toujours un inconvénient, parce que chaque grille est sujette au danger d'encrassement.
  • Le but de la présente invention est par conséquent d'éliminer les inconvénients du gazogène à co - courant de l'Etat de la technique et en particulier de proposer une construction de gazogène dans laquelle tout le matériel à gazéïfier soit contraint de passer pour un temps parfaitement controlable à travers une zone de combustion soumise à une température minima et en outre dans laquelle il ne soit pas nécessaire de prévoir un dispositif à grille pour l'évacuation des cendres. Ces objectifs sont rejoints par un gazogène ayant les caractéristiques de la partie caractérisante de la revendication 1.
  • Grâce au fait que le foyer est constitué par le prolongement de la chambre de forme annulaire et que l'air primaire de combustion est conduit au foyer de forme annulaire aussi bien du côté extérieur que de celui intérieur du dit foyer, le matériel est contraint de passer à travers une zone de combustion en forme de couronne qui, étant alimentée des deux côtés en oxygène de l'air primaire, peut s'étendre sur toute la section de la dite zone annulaire. Il ne peut donc pas se former des zones ou des points "morts", précisément des zones dans lesquelles l'apport d'air primaire est insuffisant pour assurer la combustion complète du matériel de passage, comme c'était par contre le cas au sujet du gazogène de l'Etat de la technique
  • En outre, grâce au fait qu'il est possible, dans le gazogène selon l'invention, de choisir librement les paramètres déterminant le temps de passage du matériel à travers la zone de combustion primaire, ou foyer du gazogène - paramètres qui sont au nombre de deux, plus précisément la propagation axiale de la zone du foyer et la vitesse de rotation de la vis hélicoïdale, laquelle détermine le déplacement du matériel - il est possible de garantir un temps minimum de séjour du matériel dans la zone chaude du foyer. En d'autres termes, en choisissant de manière opportune le longueur axiale de la zone du gazogène dans laquelle sont prévus, aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du dit foyer, les trous d'admission de l'air primaire et choisissant également de manière adéquate la vitesse de débit de la vis hélicoïdale - son pas et sa vitesse de rotation - il est possible d'obtenir que le matériel à gazéïfier reste pendant une période de temps minimum dans la zone du foyer, là où règne une température de 1000 °C à 1400 °C. Il est reconnu par les experts que si tel est bien le cas, il n'y a pas de danger de formation des redoutables goudrons, de celle des gaz toxiques comme les dioxines, gaz qui peuvent se former principalement pendant la combustion des déchets de matériaux ligneux contaminés par les colles ou par les diverses sortes de peintures. Un tel danger est particulièrement à craindre lorsque le gazogène ou la chaudière à combustion directe sont alimentés avec du matériel de démolition de construction ou avec des déchets de fabrication de meubles modernes. C'est justement pour ce type d'application que le gazogène proposé ici présente les plus grands avantages.
  • Un autre avantage non négligeable du gazogène selon la présente invention réside dans l'absence d'une grille de séparation des cendres produites. Grâce au fait que le foyer se trouve dans la partie haute de la vis hélicoïdale d'alimentation du matériel, les cendres très fines qui se forment - constituées de particules incombustibles de nature principalement minérale - sont entrainées vers le haut avec le matériel et finissent - à cause de leur légèreté - par être entrainées vers le haut par le flux gazeux, dans la chambre de combustion finale. Il est clair que des particules tellement fines de cendres devront ensuite, selon l'usage qui sera fait du gaz et tenant compte également des prescriptions légales concernant les concentrations maximales des poussières contenues dans les gaz de combustion d'une telle installation, être éliminées convenablement. Cette opération de dépuration ultérieure des gaz extraits de l'installation, qui peut être faite par l'emploi de filtres cycloniques ou électrostatiques, constitue une mesure courante dans toutes les installations de combustion du type de l'invention, principalement dans celles dont le but est de brûler des matériaux contaminés comme dans le cas présent, d'où la nécessité de prévoir un tel filtre ne comporte pas de contrainte ni de frais supplémentaires par rapport à une installation courante. Par contre, la possibilité de renoncer, comme c'est le cas dans la présente invention, à l'emploi d'une grille disposée sous le foyer, représente certainement un avantage appréciable.
  • La forme d'exécution selon la revendication 2, qui prévoit l'emploi d'un axe de la vis hélicoïdale creuse pour apporter de son intérieur la partie d'air primaire destinée au foyer, a l'avantage de présenter une distribution d'air de grande simplicité et en outre de garantir le refroidissement continu des paliers de roulement sur lesquels tourne la vis hélicoïdale, de manière à rendre superflue tout autre mesure tendant à éviter la transmission par conduction de la chaleur le long de l'axe de la vis hélicoïdale jusqu'à sa fixation.
  • La forme d'exécution préférée selon la revendication 3 constitue une forme de réalisation extrèmement simple pour le retour du matériel, qui permet aussi de réaliser le recyclage sans recourir à d'autres éléments mobiles, car le matériel est remis en circulation par gravité et par ailleurs d'obtenir, grâce au fait que la chambre de retour est coaxiale à la chambre de gazéïfication et la chambre de transport, une construction du gazogène particulièrement compacte selon l'invention.
  • La forme d'exécution préférée selon la revendication 4 est une solution optimale du problème du mélange du matériel "recyclé" provenant du haut et du matériel frais provenant du silo tampon. En effet, grace à la présence d'une seconde vis hélicoïdale coaxiale avec la vis hélicoïdale de transport précédente, mais séparée de cette dernière par une zone de l'axe sans vis hélicoïdale, et au fait qu'en cette zone fonctionne un dispositif d'alimentation en matériel frais, on arrive à résoudre d'une manière optimale le problème de l'alimentation en matériel sans tassement de ce dit matériel et surtout en évitant le danger, toujours présent en cas d'alimentation en matériel granulaire, que du matériel puisse se coincer entre la vis hélicoïdale et la paroi, bloquant l'installation.
  • La revendication 5 concerne une forme de réalisation particulièrement avantageuse du dispositif d'alimentation du matériel frais, utilisable dans la forme de réalisation du gazogène selon les caractéristiques de la revendication 4. Selon cette variante, le dispositif d'alimentation est un simple bras tournant autour d'un axe parallèle à l'axe de la vis hélicoïdale: il s'agit d'une solution très simple et d'une efficacité pratique éprouvée.
  • La forme d'exécution de l'invention selon la revendication 6 est particulièrement avantageuse. En effet, selon une telle variante inventive le silo tampon est disposé essentiellement coaxialement à l'axe de la vis hélicoïdale, respectivement à l'axe du gazogéne, de manière à refermer le gazogène tout le long de sa surface périférique. Cette solution permet d'obtenir une isolation optimale du gazogène, car le matériel à brûler, plus précisément le bois déchiqueté, qui entoure toute la chambre de gazéïfication du gazogène à partir de la base, constitue un isolant optimum qui évite les pertes calorifiques vers l'extérieur. Le matériel subit ainsi, dans son déplacement vers le bas jusqu'au point de mélange avec le matériel "recyclé", un réchauffement et un séchage, tous deux bien venus pour préparer le dit matériel au procéssus de gazéïfication suivant.
  • La forme d'exécution préférée de la revendication 7 constitue un complément optimum de la revendication 6, car elle permet l'adaptation d'un bras de transport tournant fixé solidairement à l'axe des vis hélicoïdales coaxiales. Grâce à ceci, on peut renoncer à prévoir un dispositif mobile séparé pour le dit bras de transport, ce qui constitue une simplification non négligeable, tenant compte que dans un gazogène il est avantageux de réduire le nombre des éléments en mouvement au strict minimum.
  • La revendication 8 concerne une amélioration supplémentaire de la chambre de mélange car grâce à la présence d'un second bras tournant qui lèche le fond de la chambre de mélange, on obtient d'une part un meilleur mélange des constituants des matériaux frais et "recyclé" et d'autre part un transport plus sûr du matériel vers le haut par la vis hélicoïdale, car le second bras porte le matériel de la périphérie de la chambre de mélange vers la dite vis hélicoïdale.
  • La revendication 9 concerne une forme préférée de l'invention qui prévoit un système particulièrement simple et efficace d'insufflation de l'air primaire de l'extérieur vers l'intérieur du foyer de forme annulaire.
  • La revendication 10 introduit un perfectionnement ultérieur à la solution de la revendication 9, lequel perfectionnement prévoit que l'air primaire d'alimentation entre dans le canal annulaire extérieur au foyer selon une direction tangentielle, de manière à produire dans le dit canal une turbulence d'air. Le but de cette mesure est d'améliorer la régularité de l'alimentation en air primaire sur toute la longueur de la circonférence externe du foyer, évitant ainsi la formation de canaux de combustion préférentiels qui pourraient se créer en face des points d'insufflation d'air primaire là où l'apport est le plus important. C'est précisément une des préoccupations majeures de la présente invention d'obtenir une combustion "la plus symétrique" possible, cette expression faisant ressortir les efforts entrepris pour éviter la formation de zones de combustion privilégiées par suite d'une assymétrie dans la distribution de l'air primaire. De telles différences d'intensité de combustion, qui peuvent se vérifier si l'air primaire a la possibilité de "se créer" des passages de moindre résistance à travers le matériel à brûler ou bien si l'air primaire est insufflé au départ de manière assymétrique, sont à l'origine de combustions locales incomplètes, dont les conséquences sur la composition des gaz de combustion sont facilement imaginables.
  • La revendication 11 concerne une forme préférée de l'invention caractérisée en ce que le problème de l'allumage du gazogène est réalisé avantageusement par l'envoi d'air chaud sous pression dans le foyer du gazogène.
  • La revendication 12 concerne finalement une conformation préférée de la partie supérieure du gazogène, plus précisément de la partie située au dessus de la chambre de gazéïfication.
  • Selon cette revendication il est prévu, au dessus de la chambre de gazéïfication, une chambre de réduction fermée en sa partie supérieure par une grille d'homogénéisation du flux gazeux. Cette mesure répond également aux exigences générales tendant à obtenir une symétrie optimum de fonctionnement du gazogène de la présente invention et d'améliorer la composition du gaz extrait.
  • L'invention est maintenant décrite plus en détail avec l'aide de quelques formes de réalisation préférées illustrées par les Figures spécifiques.
  • Celles ci montrent:
    • Fig.1
    Représente en coupe longitudinale dans un plan vertical à travers l'axe de la vis hélicoïdale - une première forme d'exécution du gazogène selon la présente invention Dans cette Figure sont aussi représentés quelques détails de construction qui correspondent à des formes d'exécution préférées de la dite invention.
    Fig.2
    Représente une autre forme d'exécution préférée de l'invention, également représentée en coupe longitudinale et schématiquement en section à travers un plan vertical contenant l'axe des deux vis hélicoïdales prévues ici. Le gazogène selon cette forme de réalisation préférée assure un transport particulièrement sûr du matériel.
    Fig.3
    Est une vue en coupe horizontale simplifiée du gazogène de la Figure 3 dans le plan I - I de la Figure 2, pour illustrer une forme préférée d'admission de l'air primaire depuis le côté extérieur du foyer.
    Fig.4
    Est une autre forme préférée du gazogène selon l'invention, décrite d'une manière analogue comme pour les Figures 1 et 2
       Dans les Figures 1 la position 1 représente un silo tampon qui est alimenté en sa partie supérieure avec du matériel frais 2 à travers une ouverture équipée d'une vanne ou d'un clapet étanche 3. Ce clapet 3 doit impérativement être étanche car, pendant le fonctionnement du gazogène, le silo tampon 1 se remplit de gaz, lequel gaz ne doit pas pouvoir sortir à travers le dit clapet.
  • D'ores et déjà il convient de préciser ce qui suit concernant le matériel à gazéïfier. Sous la dénomination matériel frais, on entend du matériel ligneux déchiqueté de manière opportune pour pouvoir être convoyé dans un gazogène. En règle générale un tel matériel, qui peut provenir aussi bien directement de la forêt comme bois de feu que de la démolition de constructions ou de déchets de fabrication de meubles etc..., a des dimensions géométriques qui déterminent sa granulométrie, qui vont de quelques centimètres (environ 5 cm) a quelques millimètres. Ce matériel est représenté symboliquement, dans les Figures annexées, par des petits cercles. Le charbon de bois, obtenu par transformation de la lignite dans la chambre de gazéïfication, est représenté graphiquement dans les Figures par des virgules. Ce matériel rentre, selon la présente invention, dans le circuit et se mélange avec le matériel frais: pour cette raison celui ci est indiqué sous la dénomination de matériel "recyclé", sous entendu dans cette définition le fait que le matériel est remis dans le circuit de la combustion à l'intérieur du gazogène. L'expression "recyclé" n'a donc, dans cette description, d'autre signification que celle indiquée plus avant. En particulier elle ne concerne pas d'éventuelles opérations de recyclage qui pourraient avoir lieu à l'extérieur du dit gazogène.
  • Le silo tampon 1 est équipé de détecteurs, non représentés, qui commandent le clapet 3 de manière à maintenir constant, dans des limites de tolérances choisies, le niveau du matériel 2 à l'intérieur du dit silo tampon.
  • En sa partie inférieure 4 le silo tampon 1 est relié à une chambre de transport 5 de forme annulaire. La chambre de transport 5 est délimitée extérieurement par une paroi 6 essentiellement cylindrique à l'intérieur de laquelle tourne une vis -hélicoïdale 7 constituée d'un arbre central 8 et d'une âme en tôle 9 enroulée en forme de spirale autour de l'arbre 8. L'arbre 8 de la vis hélicoïdale 7 est supporté par deux paliers tournants 10 et 11 fixés dans le logement aménagé dans la partie 12 qui forme la base du gazogène. L'arbre 8 est actionné en rotation lente au moyen du motoréducteur 13 et d'un système de transmission adéquat, par exemple des poulies 14 et 15 et d'une courroie 16, comme illustré sur la Fig.1. Il est entendu que tout autre dispositif d'entrainement rotatif de l'arbre 8 peut être utilisé.
  • La chambre de transport 5 est délimitée extérieurement par la paroi cylindrique 6 et intérieurement par l'arbre 8 de la vis hélicoïdale 7: laquelle est essentiellement une chambre de forme annulaire à l'intérieur de laquelle chambre le matériel à traiter est poussé du bas vers le haut, comme cela sera décrit avec plus de précision par la suite.
  • La partie supérieure de la paroi cylindrique 6 présente, le long d'une zone indiquée par I, une série de trous 17 à travers lesquels un flux d'air, concernant une partie seulement de l'air primaire de combustion selon l'invention, passe de l'extérieur de la paroi 6 vers l'intérieur, comme l'indique la flèche f. Le flux d'air indiqué par f est donc un flux d'air essentiellement radial dirigé vers l'intérieur de la paroi cylindrique 6. La manière par laquelle ce flux d'air est créé ne constitue pas une caractéristique fondamentale de la présente invention. Des exemples préférés d'une telle insufflation d'air seront de toute façon décrits et feront l'objet de revendications subordonnées à l'invention.
  • En face de la zone I susmentionnée, un deuxième flux d'air est dirigé, ce qui constitue une partie de l'invention, selon la flèche F et à travers des trous 19, de l'intérieur vers l'extérieur de la chambre de transport annulaire 5, de sorte que dans la zone I désignée comme foyer du gazogène et indiquée par le numéro de référence 18, se forme une zone annulaire alimentée aussi bien de l'extérieur selon la flèche f que de l'intérieur selon la flèche F, en air primaire de combustion. La manière spécifique selon laquelle la deuxième partie d'air primaire est amenée vers le foyer 18 depuis l'intérieur n'est pas déterminante pour cette invention: à laquelle une forme préférée de solution sera toutefois décrite et fera l'objet d'une revendication subordonnée à l'invention.
  • Par contre, la formation d'un foyer 18 le long de la zone I de forme annulaire et alimenté en air primaire de combustion aussi bien de l'extérieur, selon la flèche f, que de l'intérieur, selon la flèche F est un des buts essentiels de la présente invention. Grâce à ce système astucieux on obtient en fait, comme il sera décrit plus explicitement plus avant, que le matériel à gazéïfier est contraint de passer à travers un foyer 18 de section et de forme absolument bien définies, dans lequel, suite à l'insufflation d'air primaire simultanément des deux côtés, il ne peut pas se former des zones de combustion "partielle" et à l'intérieur desquelles la température serait inférieure à celle des zones restantes du foyer. La zone annulaire du foyer 18 peut en fait être choisie, dans ses dimensions (diamètre et longueur dans le sens axial), de manière telle que, partout à l'intérieur de cette dite zone et en tenant compte du débit d'air primaire nécessaire, les conditions de combustion soient absolument homogènes. Cette condition est très importante pour le bon fonctionnement d'un gazogène, en particulier quand il s'agit de traiter des matériaux ligneux "contaminés", pour lesquels on exige, afin d'éviter toute formation de substances nocives comme par exemple les dioxines, que tout le matériel soit contraint de passer à travers une zone portée à une température donnée minima (par exemple > 1200 °C) pendant un temps déterminé minimum.
  • Suite à la zone du foyer 18 est prévue, en tant qu'élément partiel de l'invention, une chambre de gazéïfication 20 de forme également essentiellement annulaire, délimitée extérieurement par la paroi cylindrique 6 qui se prolonge donc au delà de cette zone I du foyer 18. A l'intérieur, par contre, l'arbre de la vis hélicoïdale 7, qui dans une forme préférée de l'invention est perforé des trous 19 desquels sort la seconde partie de l'air primaire, peut - mais ne doit pas nécessairement - se terminer à la partie supérieure du foyer 18, de sorte que se justifie la définition de "essentiellement annulaire" de la chambre de gazéïfication 20, dans le sens que la dite chambre de gazéïfication peut être annulaire dans sa partie la plus basse et simplement cylindrique dans celle la plus haute. Ceci ne revêt pas un caractère essentiel dans la présente invention.
  • Pour le fonctionnement du gazogène il est encore nécessaire que l'air primaire puisse arriver aux trous 17 et 19, c'est à dire que ceux ci soient reliés - les premiers par l'extérieur de la paroi cylindrique 6 et les seconds par l'intérieur de l'arbre de la vis hélicoïdale 8 - à une source d'air sous pression. Cette source peut être individuelle à chaque série des trous 17 et 19 ou au contraire on peut prévoir une source unique pour les deux séries de trous.
  • Dans ce cas il peut s'avérer utile de prévoir la nécessité de règler individuellement le débit d'air de chacune des séries des trous 17 et 19, de façon à mieux gèrer la formation du foyer 18, c'est à dire de garantir une bonne symétrie dans toute la section annulaire. Selon une forme préférée de l'invention, l'insufflation de l'air primaire à l'intérieur du foyer 18 est assurée grâce au fait que l'arbre 8 de la vis hélicoïdale 7 est creux et forme une conduite d'amenée de l'air primaire. L'arbre 8 a donc la forme d'un tube fermé à sa partie supérieure par un couvercle 21. Dans le voisinage de son extrémité supérieure fermée par le couvercle, une ou plusieurs rangées de trous 19 sont pratiquées symétriquement le long d'une ou de plusieurs circonférence (s) de la paroi du tube.
  • A son extrémité inférieure, qui tourne car elle constitue l'arbre de la vis hélicoïdale, le tube est muni d'un accouplement 22 avec un tube d'alimentation de l'air 23 relié au ventilateur 24. L'air pulsé par le ventilateur 24, et éventuellement modulé, remplit le tube 8 et sort radialement des trous 19 lequel air primaire est destiné à alimenter le foyer 18 de l'intérieur. Grâce au passage continuel d'air externe à travers le tube 8, le dit tube, et en particulier ses coussinets tournants, sont constamment refroidis, rendant ainsi superflue tout autre mesure d'isolation ou de freinage de la transmission de la chaleur par conduction dans la paroi du dit tube. D'autres formes d'amenée de l'air primaire aux trous 19 sont naturellement envisageables (par exemple du haut à travers le couvercle 21), mais celle décrite précédemment est la plus appropriée.
  • En ce qui concerne l'alimentation de l'air primaire au foyer 18 depuis l'extérieur, la Figure 1 montre une forme de solution préférée, qui consiste dans le fait que le dit air est conduit à travers les trous 17 pratiqués dans la paroi essentiellement cylindrique 6 de la chambre de transport 5. Les trous 17 sont disposés en une ou plusieurs rangées sur toute la circonférence de la dite paroi 6 et communiquent avec un canal 25 disposé concentriquement autour de la circonférence extérieure de la paroi 6. Le canal 25 est en plus relié, par un tube de reccordement 26, à la source d'air sous pression. Dans le présent exemple, le tube 26 est relié au ventilateur 24 lequel ventilateur fournit l'air primaire servant à alimenter le foyer 18 de l'intérieur de sa zone annulaire. Dans ce cas, il peut se révéler utile d'appliquer en un point choisi du système des tubes 23 et 26 un clapet de régulation - non représenté - pour la régulation nécessaire du débit d'air de chacune des alimentations aux trous 17 et 19.
  • Le fonctionnement du gazogène décrit ci dessus est le suivant:
    Le matériel frais à brûler - en vue de sa gazéïfication - descend du silo tampon 1 et arrive dans la partie inférieure de la vis hélicoïdale 7 après avoir traversé la partie inférieure 4 du silo tampon 1.
  • La vis hélicoïdale 7 , actionnée par le motoréducteur 13 avec les poulies 14 et 15 et la courroie 16, tourne à faible vitesse dans le but de transporter le matériel du bas vers le haut le long de la chambre de transport 5. Lorsque le dit matériel arrive à la hauteur de la zone annulaire du foyer 18, il subit, sous l'effet de l'apport d'air primaire de l'extérieur et de l'intérieur à travers les trous 17 et 19, une combustion qui le transforme en charbon de bois avec formation de bioxyde de carbone.
  • Le réglage de la quantité de matériel transporté par la vis hélicoïdale 7, c'est à dire le réglage de la vitesse de rotation de la dite vis hélicoïdale, permet, compte tenu des dimensions du gazogène et en particulier de la longueur axiale I de la zone du foyer 18 et du débit d'air primaire de combustion insufflé au foyer, d'adapter de manière adéquate le degré de transformation du bois en charbon de bois. En effet dans la zone qui fait suite au foyer 18, à savoir dans la chambre de gazéïfication proprement dite 20, le bioxyde de carbone doit traverser une couche de charbon de bois et par combinaison avec ce dit charbon de bois, pour former le monoxyde de carbone, qui est le gaz que l'on cherche à produire et qui peut aussi bien produire de la chaleur lors d'une combustion secondaire dans une chambre de combustion (non représentée) que comme carburant de moteurs à explosion (non représentés).
  • Il est donc essentiel pour le fonctionnement du gazogène qu'à l'intérieur de la chambre de gazéïfication 20, du charbon de bois soit toujours présent. Sur son parcours du bas vers le haut à travers le charbon de bois, le bioxyde de carbone, par combinaison avec le carbone du dit charbon de bois, en réduit les dimensions, c'est à dire que les morceaux de charbon de bois perdent leur carbone de surface au fur et à mesure qu'ils sont poussés vers le haut par le nouveau matériel déplacé par la vis hélicoïdale 7. En fonction des "dimensions initiales" des morceaux de charbon de bois à la sortie de la zone I du foyer, de la quantité de bioxyde de carbone produit dans la zone du dit foyer, des dimensions de la chambre de gazéïfication 20 et en fonction d'autres paramètres qu'il n'est pas nécessaire de préciser dans le cas présent, les morceaux de matériel à gazéïfier atteignent l'extrémité supérieure de la chambre de gazéïfication 20 qui se termine par le bord 27, dans l'un des trois états suivants:
    • Ou comme cendre extrèmement fine sous forme de résidu de la gazéïfication complète de tout le carbone contenu dans le charbon de bois.
    • Ou comme morceau de matériel transformé en charbon de bois mais qui n'a pas été gazéïfié intégralement.
    • Ou comme morceau de bois partiellement transformé en charbon de bois, c'est à dire qui contient encore de la lignite imbrûlée.
  • La cendre extrèmement fine et légère est alors entrainée vers le haut par le flux de gaz produit: l'expérience montre justement que la cendre produite est si légère qu'il n'est pas pensable, à ce stade, de la séparer du gaz.
  • Pour une séparation complète il est donc nécessaire de recourir à l'emploi de filtres performants (à cyclone ou autres) mais sans conséquence directe, et qui n'ont pas été décrits dans le cadre de la présente invention. L'essentiel est de mentionner ici le fait que la cendre de la gazéïfication est éloignée en même temps que le gaz produit.
  • Dans la forme de réalisation de l'invention selon la Fig. 1, les matériaux des deuxième et troisième types sus mentionnés sont par contre contraints de passer par dessus le bord 27 et à retomber, le dit matériel recyclé, dans une chambre de retour 28 qui entoure extérieurement la partie cylindrique 6 de la chambre de transport 5. La chambre de retour 28 communique à sa partie inférieure avec la partie inférieure 4 du silo tampon 1, de sorte que le matériel - que nous nommerons dorénavant recyclé - se mélange en cet endroit de rencontre avec le matériel frais 2 provenant du silo tampon 1.
  • Ce mélange de matériel frais et de matériel recyclé transporté par la vis hélicoïdale 7 est représenté graphiquement dans la Fig. 1 et dans les Figures qui suivent par la présence de petits cercles, pour le matériel frais, et de virgules pour le charbon de bois. Il est bien entendu que cette représentation est purement symbolique et n'a pas la prétention de donner des indications quant à la proportion des matériaux mélangés: on a expliqué précédemment que la transformation du bois en charbon de bois est un procéssus progressif, de sorte qu'on peut trouver aussi des particules de matériel dans un état intermédiaire entre les deux mentionnés.
  • Comme il a été vérifié lors du fonctionnement du gazogène de la présente invention, cette particularité présente un avantage très important pour ce qui concerne le règlage de la puissaance de l'appareil. En effet pour faire varier la puissance calorifique fournie par le gazogène, c'est à dire la quantité de monoxyde de carbone produit, il est nécessaire et suffisant de faire varier la quantité d'air primaire envoyée dans le foyer 18, ce qui, dans l'exemple de la Fig. 1, correspond à faire varier la vitesse de rotation du ventilateur 24. En effet si la quantité de matériel frais amené par la vis hélicoïdale est toujours suffisante, plus précisément si elle est toujours supérieure à la quantité de matériel combustible correspondante à la puissance maximum prévue du gazogène, la quantité de gaz produit dépend directement et uniquement de la quantité d'air primaire amenée au foyer 18. En diminuant le débit du ventiilateur 24 il y aura automatiquement une transformation moindre de lignite en charbon de bois, et par voie de conséquence une production plus faible de bioxyde de carbone dans le foyer 18 et également une transformation du dit bioxyde de carbone en monoxyde de carbone dans la zone de gazéïfication 20. La seule différence par rapport à un fonctionnement avec production supérieure est à rechercher dans l'augmentation quantitative du matériel recyclé et une modification plus ou moins importante de la composition du dit matériel recyclé (granulométrie et degré de transformation en charbon de bois). Cette augmentation de matériel recyclé sera automatiquement compensée par une diminution du matériel frais 2 arrivant du silo tampon 1, matériel frais auquel l'accès à la partie inférieure de la vis hélicoïdale 7 sera interdit par le matériel recyclé.
  • L'avantage décrit précédemment concernant la modulation simple de la puissance fournie par le gazogène revêt une importance particulière lorsque le dit gazogène sert au chauffage d'un édifice, surtout quand la puissance peut être adaptée avec une grande flexibilité aux besoins de l'utilisateur.
  • La Fig. 2 montre une variante du gazogène faisant l'objet de l'invention, laquelle variante a comme but d'améliorer le mélange des matériaux frais et recyclé et d'augmenter la sureté de fonctionnement de l'appareil, grâce à l'élimination de tout danger de tassement dans la chambre de mélange ou de blocage de la vis hélicoïdale.
  • Les parties de l'appareil de la Fig. 2 correspondant à celles de l'appareil de la Fig. 1 sont indiquées, dans la Fig. 2, avec les même numéros de référence.
  • La solution de la Fig. 2 se différencie de celle de la Fig. 1 par le fait qua la chambre de retour 28 est constituée à sa partie inférieure d'une ouverture de forme annulaire 29 au dessous de laquelle est disposée une chambre de mélange 30 du matériel frais et du matériel "recyclé" de forme esentiellement annulaire, dans laquelle tourne une deuxième vis hélicoïdale 31 ayant essentiellement les mêmes dimensions que celles de la vis hélicoïdale 7 de transport du matériel au foyer 18. La seconde vis hélicoïdale 31 et la vis hélicoïdale 7 de transport ont un axe commun 8 et sont séparées l'une de l'autre par une zone m de l'axe 8 sans vis hélicoïdale, à la hauteur de laquelle zone un dispositif d'alimentation 32 pousse le matériel frais de la partie inférieure 4 du silo tampon 1 vers la chambre de mélange 30. Dans une forme préférée de la variante d'exécution citée plus avant, également représentée dans la Fig. 2, le dispositif d'alimentation 32 du matériel est un bras 32 tournant autour d'un axe 33 parallèle à l'axe 8 de la vis hélicoïdale 7 léchant, dans sa rotation, la paroi inférieure 34 horizontale du silo tampon 1. De cette manière, le dispositif d'alimentation 32 pousse le matériel frais vers la chambre de mélange 30, là où le dit matériel frais vient mélangé avec le matériel recyclé qui a débordé de l'extrémité 27 de la chambre de gazéïfication 20 et qui tombe le long de la chambre de retour 28.
  • Dans l'exemple de la Fig. 2 l'arbre 33 du dispositif d'alimentation 32 tournant est entrainé au moyen d'une poulie 36 elle même entrainée par la courroie 16 laquelle entraine également l'arbre 8 des vis hélicoïdales 7 et 31. Il s'agit cependant d'une des multiples solutions imaginables pour entrainer l'arbre 33. Egalement le bras 32 représentant le dit dispositif d'alimentation n'est qu'une, bien que préférée, parmi les nombreuses posssibilités existantes pour un tel dispositif. Un autre système, dont la fonction serait équivalente, pourrait être celui, non indiqué, qui prévoirait une vis hélicoïdale horizontale disposée dans la partie inférieure du silo tampon 1 et se terminant dans la zone m exempte de vis hélicoïdale.
  • Dans tous les cas, la présence d'un dispositif d'alimentation 32 doit d'une part faciliter l'alimentation du matériel frais à la chambre de mélange 30 et d'autre part éviter que le matériel puisse s'encastrer entre le bord de la vis hélicoïdale 7 et le bord inférieur de la paroi cylindrique 6, danger toujours possible lors de l'emploi d'une vis hélicoïdale.
  • Le dispositif d'alimentation 32 doit donc être exécuté de telle manière à "nettoyer" de temps à autre le dit bord inférieur et à éloigner ainsi les morceaux de bois ou de charbon de bois qui auraient pù s'y coincer.
  • La Fig. 3 représente une vue sectionnée suivant l'axe I - I de la Fig. 2 qui permet d'illustrer une autre variante préférée d'un gazogène de la présente invention.
  • Dans cette Figure on voit que le raccordement du canal 25, lequel conduit l'air primaire de l'extérieur au foyer, à travers la couronne des trous 17, avec la source d'air sous pression est réalisé au moyen d'un ou de plusieurs, dans le cas présent par exemple de trois tubes d'alimentation 26', 26'', et 26''' qui débouchent tangentiellement dans le canal 25. Grâce à ces dispositions il se crée à l'intérieur du canal 25 une turbulence d'air qui donne les meilleures garanties d'obtenir une distribution régulière de l'air primaire sur toute la circonférence de la partie cylindrique 6 du canal 25. Une telle régularité de l'alimentation de l'air primaire le long de toute la circonférence du foyer 18 revêt une importance capitale en garantissant une homogénéité absolue des conditions de combustion dans le foyer 18, évitant ainsi n'importe quelle formation de zones à température plus basse. De la Figure on voit en outre que, dans une autre forme préférée de l'invention, dans au moins un des tubes de raccordement 26', 26'' et 26 ''' (dans le cas représenté 26''') est insérée une résistance électrique 36 dont le but est de chauffer l'air qui la traverse pour alumer du matériel à gazéïfier au moment de la mise en fonction du gazogéne.
  • L'allumage du gazogène se fait donc automatiquement de la manière suivante: premièrement le silo tampon 1 est rempli de bois déchiqueté ou de matériel semblable, cependant que la vis hélicoïdale 7 tourne pour que le matériel frais remplisse au moins la zone du foyer 18. A ce point le ventilateur 24 est enclenché en même temps que la résistance 36 est mise sous tension. L'air primaire, passant à travers la dite résistance 36, se chauffe avec comme conséquence l'allumage rapide du matériel frais qui se trouve dans la zone du foyer 18. A partir de ce moment commence la formation du bioxyde de carbone et la transformation de la lignite en charbon de bois, lequel se déplace - par suite de l'alimentation continue assurée par la vis hélicoïdale 7 -dans la zone de gazéïfication. Dès lors la phase de l'allumage est terminée et la résistance peut être mise hors service.
  • La Fig.4 montre une autre forme d'exécution préférée de l'invention, qui permet de réaliser une construction compacte du gazogène et surtout de réduire les pertes thermiques de parois de l'appareil, améliorant ainsi le rendement global. Egalement dans cette forme d'exécution les mêmes parties des variantes selon Figures 1 et 2 sont indiquées par les mêmes numéros de référence.
  • Selon cette variante le silo tampon 1 est disposé essentiellement coaxialement à l'axe 8 de la vis hélicoïdale 7, de manière à refermer le dit gazogène autour de toute sa périphérie. Le silo tampon 1 est donc constitué dans ce cas d'une enceinte cylindrique avec une paroi extérieure 37 fermée à sa partie supérieure par un couvercle 38 au centre duquel est montée la vanne d'alimentation 3. Le gazogène proprement dit, contenu dans l'enveloppe 12 cylindrique et qui, dans la conception, correspond parfaitement à celui des deux exemples décrits précédemment par les Figures 1 et 2, est suspendu dans le récipient cylindrique 37 au moyen des tubes de raccordement 26, comme le montre la Fig. 3, ou également par des bras prévus spécialement à cet effet mais non représentés.
  • Dans sa partie inférieure 34 le silo tampon 1 de la Fig. 3 forme, comme montré d'une manière analogue dans la Fig.2, une chambre de mélange 30. La différence entre la chambre de mélange 30 de la Fig.2 est que celle de la Fig. 3, grâce au fait que le silo tampon 1 est dans ce cas parfaitement symétrique, est elle aussi parfaitement symétrique, et présente essentiellement une forme de tronc de cône, avec paroi 39 circulaire inclinée vers le bas et se rétressissant de manière à faciliter la descente du matériel frais 2 provenant du silo tampon 1 et du matériel recyclé provenant de la chambre de retour 28. Les avantages de cette solution, outre ceux mentionnés concernant la réduction de l'encombrement, de l'isolation thermique obtenue grâce à la couche de matériel brut - le bois étant un remarquable isolant thermique - qui remplit l'espace compris entre le récipient 37 et l'enveloppe 12 - et du préchauffage du matériel frais qui arrive ainsi dans la zone du foyer déjà préchauffé en vue de la combustion - comprennent également celui de la "symétrie automatique" du mélange - puisque le matériel brut et celui recyclé se rencontrent en cet endroit sur toute la circonférence du gazogéne et pas seulement en un point lateral du raccordement du silo tampon 1 avec le bord inférieur de la paroi cylindrique 6, comme cela était le cas dans les vartiantes des Figures 1 et 2 - mise à part la simplification de la construction. Ce dernier avantage est une conséquence directe de la construction parfaitement cylindrique du silo tampon 1 et de son centrage avec l'arbre 8 de la vis hélicoïdale 7.
  • Grâce à cette caractéristique il est possible, dans une variante ultérieure préférée d'un détail du gazogène, de prévoir que le bras tournant 40, correspondant à la fonction du bras tournant 32 de la Fig. 2, soit fixé solidairement à l'arbre 8 des vis hélicoïdales 7 et 31 et lèche, en son extrémité, la partie inférieure 34 du silo tampon 1.
  • Ici également le bras 40 exécute sa fonction d'organe d'alimentation, en poussant le matériel brut qui provient du silo tampon 1 vers le centre du silo, c'est à dire vers l'arbre 8 des vis hélicoïdales 7 et 31, là où le dit matériel tombe dans la chambre de mélange 30, pour se mélanger au matériel recyclé provenant de la chambre de retour 28.
  • L'avantage de cette solution par rapport à celle de la Fig. 2 est d'éliminer l'arbre de rotation et ses dispositifs de commande du bras 40, c'est à dire de réaliser la simplification sus mentionnée de l'appareil.
  • Une ultérieure solution préférée d'un détail de l'invention, adaptable avantageusement en combinaison avec une chambre de mélange 30 comme montré dans les variantes des Figures 2 et 4, prévoit que soit fixé un second bras 41 (Figures 2 et 3) sur l'axe 8 de la vis hélicoïdale 31, en face de la partie inférieure de la deuxième vis hélicoïdale 31, lequel bras 41 lèche le fond 42 de la chambre de mélange 30 et pousse ainsi le matériel vers le centre, où il est repris par la deuxième vis hélicoïdale 31 et transporté vers le haut. La fonction du bras 41 est identique à celle du bras 40, c'est à dire à celle qui consiste à acheminer - grâce à sa forme arquée vers l'avant - le matériel vers le centre de rotation.
  • Selon une autre forme de réalisation préférée de l'invention, la partie supérieure du gazogène, c'est à dire la partie qui se trouve au dessus du bord 27 de la chambre de gaséïfication 20, constitue une chambre de réduction 43 fermée en sa partie supérieure par une grille d'homogénéïsation 44 de la pression du gaz. Le but de cette chambre de réduction est, avec la grille 44, d'homogénéïser le gaz produit et de lui donner le temps nécessaire de réduire les oxydes d'azote présents dans le dit gaz. En effet ces derniers, en présence du monoxyde de carbone réagissent avec ce dernier pour donner du bioxyde de carbone et de l'azote. Grâce à cette réaction l'on arrive donc à réduire considérablement le taux d'oxyde d'azote présent dans le gaz, ce qui est grandement favorable à la protection de l'environnement.
  • Au dessus de la grille 44 le gazogène se termine par une zone de raccordement 45 qui recueille le gaz produit et le conduit, à travers un canal 46, au dispositif prévu en aval pour l'emploi du monoxyde de carbone produit par le gazogène. L'usage qui sera fait de ce gaz - combustion dans un échangeur de chaleur en prévision de chauffage ou propulsion d'un moteur à explosion ou d'une turbine etc... - sort du cadre de cette invention et n'est donc pas décrit ici.
  • Le gazogène à co - courant selon la présente invention, dont les dimensions sont choisies en fonction des dimensions du matériel à gazéïfier et de son débit horaire, est idéal avant tout pour la gazéïfication de bois pollué, grâce à la possibilité décrite précédemment de contrôler parfaitement les temps et les températures de gazéïfication dans la chambre 20. Toutefois il convient aussi parfaitement comme producteur de gaz pour le chauffage à partir de toutes essences de bois de feu: l'unique condition posée est que le matériel soit réduit à une granulométrie compatible avec les dimensions de l'appareil.

Claims (12)

  1. Gazogène à co-courant avec un silo (tampon) de chargement de matière fraiche et un foyer de même qu'une vis hélicoïdale pour transporter le matériel, tournant autour d'un axe vertical et transportant le matériel à gazéïfier de façon que le matériel qui a déjà traversé le foyer mais qui n'est pas complètement transformé en gaz puisse se mélanger, le dit matériel "recyclé", avec le flux de matériel frais provenant du silo tampon de chargement et passer ainsi une deuxième, voire plusieurs fois à travers le foyer, jusqu'à sa transformation complète en gaz. caractérisé par le fait que
    - le transport par la vis sans fin du matériel frais mélangé au matériel recyclé se fait du bas vers le haut à travers une chambre annulaire de transport (5) à l'intérieur de laquelle tourne la vis sans fin (7), chambre délimitée extérieurement par une paroi essentiellement cylindrique (6) et intérieurement par l'axe (8) de la vis sans fin (7),
    - le foyer (18) est précisément de forme annulaire et constitue le prolongement de la chambre annulaire de transport (5) et
    - l'air primaire de combustion est amené au foyer (18) de forme annulaire, aussi bien de la partie extérieure que de celle intérieure de celui ci, et
    - le foyer (18) de forme annulaire est suivi d'une chambre de gazéïfication (20) de forme essentiellement annulaire à l'intérieur de laquelle le bioxyde de carbone produit lors de la combustion réagit avec le charbon de bois pour le gazéïfier et le transformer en monoxyde de carbone.
  2. Gazogène selon la revendication 1,
    caractérisé par le fait que
    l'arbre (8) de la vis hélicoïdale (7) est creux et forme une conduite de passage d'air à travers laquelle est alimentée la partie d'air primaire de combustion qui est conduite au foyer (18) de forme annulaire de son côté intérieur.
  3. Gazogène selon la revendication 1,
    caractérisé par le fait que
    le matériel "recyclé", transformé plus ou moins complètement en charbon de bois et traversant la chambre de gazéïfication (20), déborde du bord supérieur (27) circulaire de la chambre de gazéïfication (20) et tombe dans une chambre de retour du matériel (28) entourant extérieurement la paroi essentiellement cylindrique (6) de la chambre de transport (5) et communiquante à sa base avec la partie inférieure (4) du silo tampon (1), de manière à ce que le matériel "recyclé" se mélange en cet endroit de communication avec le matériel frais (2) ammené du silo tampon (1).
  4. Gazogène selon la revendication 3,
    caractérisé par le fait que
    la chambre de retour (28) se termine inférieurement par une ouverture de forme annulaire (29) au dessous de laquelle est disposée une chambre de mélange (30) du matériel frais (2) et du matériel "recyclé" de forme aussi essentiellement annulaire, dans laquelle tourne une deuxième vis hélicoïdale (31) ayant essentiellement les mêmes dimensions que celles de la vis hélicoïdale (7) de transport du matériel au foyer (18), et où ensuite la vis hélicoïdale (7) de transport et la deuxième vis hélicoïdale (31) ont le même axe de rotation (8) et sont séparées entre elles par une zone (m) de l'axe (8) privée de vis hélicoïdale, dans laquelle zone se déplace un dispositif d'alimentation (32,40) du matériel frais, lequel dispositif pousse ce dernier de la partie inférieure (4) du silo tampon (1) vers la chambre de mélange (30).
  5. Gazogène selon la revendication 4,
    caractérisé par le fait que
    le dispositif d'alimentation (32,40) du matériel frais est un bras (32) tournant autour d'un axe (33) parallèle à l'axe (8) de la vis hélicoïdale (7), lèchant, dans sa rotation, la paroi inférieure (34) horizontale du silo tampon (1) et qui pousse ainsi le matériel frais vers la chambre de mélange (30).
  6. Gazogène selon la revendication 4,
    caractérisé par le fait que
    le silo tampon (1) est disposé essentiellement coaxialement à l'axe (8) de la vis hélicoïdale (7), de façon à refermer le gazogène tout autour de son pourtour, et que le silo tampon (1) forme inférieurement la chambre de mélange (30) de forme essentiellement circulaire.
  7. Gazogène selon la revendication 4 et 6,
    caractérisé par le fait que
    le bras tournant (40) est fixé solidairement à l'axe (8) des vis hélicoïdales (7,31) coaxiales et lèche, dans sa partie plus externe, la partie inférieure (34) du silo tampon (1).
  8. Gazogène selon revendication 4 à 7,
    caractérisé par le fait que
    en regard de la partie inférieure de la seconde vis hélicoïdale (31), un second bras (41) fixé à l'axe (8) de la vis hélicoïdale (31) lèche le fond (42) de la chambre de mélange (30) et pousse le matériel vers le centre, où le dit matériel est repris par la seconde vis hélicoïdale (31).
  9. Gazogène selon la revendication 1,
    caractérisé par le fait que
    la partie d'air primaire apportée au foyer (18) du côté extérieur est alimentée à travers des trous (17) pratiqués dans la paroi essentiellement cylindrique (6) chambre annulaire de transport (5), et que les trous sont disposés en une ou plusieurs rangées le long de toute la circonférence de la paroi (6), sur son côté extérieur, relié avec une source d'air sous pression.
  10. Gazogène selon la revendication 9,
    caractérisé par le fait que
    le raccordement du canal (25) avec la source d'air primaire sous pression est réalisé au moyen d'un ou de plusieurs tubes d'alimentation (de 26' à 26''') relié (s) tangentiellement au canal annulaire (25), dans le but de constituer une turbulence d'air dans le dit canal (25).
  11. Gazogène selon la revendication 10,
    caractérisé par le fait que
    dans au moins un des tubes d'alimentation de l'air (26', 26'', 26''') est insérée une résistance électrique (36) apte à chauffer l'air passant pour provoquer l'allumage du matériel à gazéïfier au moment de la mise en fonction du gazogéne.
  12. Gazogène selon la revendication 1,
    caractérisé par le fait que
    au dessus de la chambre de gazéïfication (20) est prévue une chambre de réduction (43) fermée par une grille d'homogénéïsation (44) du flux gazeux.
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