FR2466706A1 - Rechauffeur ou generateur de vapeur a lit fluidise et de faible encombrement - Google Patents
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Abstract
L'invention décrit une chaudière ou un générateur de vapeur à lit fluidisé. Un mélange de charbon et de calcaire est introduit 42 dans l'appareil 10 pour y brûler en lit fluidisé 24. L'alimentation en air 40 de ce lit est régulée afin d'établir une zone centrale de combustion à grande turbulence et au moins une zone latérale de transmission de chaleur à faible turbulence, logeant des tubes 32 d'échange de chaleur immergés dans le lit 24. Des tubes 30 d'échange de chaleur longent la partie supérieure de la paroi de la chambre 20 de réaction. D'autres tubes d'échange, en serpentin, peuvent être logés dans un économiseur 14 sur le trajet de sortie des gaz brûlés. Application à la production, dans une petite chaudière, de vapeur pour déplacer, par exemple, le pétrole d'un gisement. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
i La présente invention vise une nouvelle structure de réchauffeur,
chaudière ou générateur de vapeur à lit fluidisé pour un procédé d'injection de vapeur d'eau en vue de déplacer et de récupérer le pétrole, pour le procédé Prasch d'extraction du soufre élémentaire et pour dVautres
applications industrielles.
On accorde depuis peu une attention accrue au
remplacement du mazout par du charbon comme combustible.
On s'est beaucoup intéressé à transformer les installations auxiliaires pour les faire passer du type à chauffage au mazout à celui du chauffage au charbon. Ces installations auxiliaires sont très grandes et leur transformation en vue de br'Uler du charbon contribuera grandement aux efforts
destinés à conserver les ressources en pétrole.
Il existe cependant de nombreux procédés industriels qui ont besoin de rechauffeurs ou de chaudières de dimension
modérée seulement et qui pourraient avantageusement consom-
mer du charbon ou d'autres combustibles de remplacement à la place du mazout. C'est le cas de l'injection de vapeur d'eau dans les puits de pétrole, lorsqu'on injecte de la
- vapeur d'eau dans la couche de roche pétrolifère pour dépla-
cer le pétrole et faire remonter en force par un second puits le mélange d'eau et de pétrole en vue d'extraire et récupérer ce pétrole. Un autre cas de ce genre est celui
du procédé Frasch selon lequel de l'eau chaude est intro-
duite de force dans des gisements souterrains de soufre, le soufre est fondu par l'eau chaude et ce soufre fondu est élevé jusqu'à la surface o on le recueille. Il va de soi que d'autres processus nécessitant de la chaleur, par exemple du séchage ou d'autres traitements physiques ou des réactions chimiques, peuvent utiliser de tels chaudières
ou générateurs de vapeur de taille modérée.
Il est souhaitable dans certains cas que le réchauffeur ou le générateur de vapeur soit assemblé en atelier et puisse 9tre transporté par chemin de fer ou camion de façon à pouvoir 9tre déplacé selon les nécessités d'un slte à l'autre. Des appareils transportables doivent
nécessairement tre compacts et présenter un faible encom-
brement et notamment une faible hauteur en raison de la capacité limitée des véhicules utilisés pour leur transport et du gabarit exigé pour franchir des ouvrages comme des tunnels et des ponts au-dessus d'autoroutes et de voies de chemin de fer.
La présente invention propose un nouveau réchauf-
feur ou un nouveau générateur de vapeur à lit fluidisé, qui
est peu encombrant et est facilement transportable.
La présente invention vise ainsi à proposer un réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé dans lequel le combustible est brnlé avec un bon rendement dans
un appareil ou module compact.
L'invention vise également à proposer un tel réchauffeur ou générateur de vapeur br^ulant du combustible particulaire solide et qui envoie à l'atmosphère le minimum
possible de composés du soufre.
L'invention vise encore de proposer un agencement
perfectionné des tubes d'échange de chaleur dans un réchauf-
feur ou générateur de vapeur à lit fluidisé.
D'autres buts et avantages de l'invention appa-
raitront à l'étude de la description détaillée suivante,
présentée à titre nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective, avec une coupe éclatée qui en montre l'intérieur, du réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon l'invention; la figure 2 est une coupe, généralement le long de la ligne 2-2 de la figure 1, du réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon l'invention; la figure 2a est une vue fragmentaire montrant une partie de la structure illustrée sur la figure 2 avec un autre agencement pour l'alimentation en combustible; la figure 2b est une vue fragmentaire en coupe montrant une partie de la structure illustrée sur la figure 2 avec un autre agencement encore pour l'alimentation en - combustible
la figure 3 est une coupe longitudinale, généra-
lement le long de la ligne 3-3 de la figure 1, du réchauf-
feur ou générateur de vapeur selon l'invention;
la figure 4 est un schéma synoptique du réchauf-
feur ou générateur de vapeur de l'invention ainsi que de l'équipement qui lui est associé; la figure 5 est une coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation du réchauffeur ou générateur de
vapeur à lit fluidisé de l'invention, présentant une struc-
ture modifiée pour l'admission de l'air de fluidisation et ne comportant pas d'économiseur interne; et la figure 6 est une coupe, généralement le long de la ligne 6-6 de la figure 5 du réchauffeur ou générateur
de vapeur selon l'invention.
15. Le réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé de la présente invention comprend un récipient clos comportant des organes d'introduction d'un gaz contenant de l'oxygène à la partie inférieure de ce récipient afin de fluidiser une masse de particules solides en formant dans ce récipient un lit fluidisé; des tubes d'échange de chaleur disposés dans ce récipient aussi bien dans l'espace libre au-dessus du niveau du lit fluidisé (tubes. d'léchange par convexion / rayonnement) au sein du lit fluidisé (tubes immergés); des organes destinés à réguler l'alimentation en air du récipient afin d'établir dans le lit fluidisé une zone de combustion à turbulence élevée et à faible densité; et au moins une zone de transmission de chaleur à turbulence relativement faible et à grande densité, la zone de combustion et la zone de transmission de chaleur communiquant librement l'une avec l'autre et les tubes immergés d'échange de chaleur étant disposés dans la zone
de transmission de la chaleur.
Les organes destinés à introduire dans le récipient du gaz contenant de l'oxygène comprennent un
conduit destiné à amener le gaz d'alimentation en un point.
voisin du récipient, plusieurs organes d'injection au sein de ce récipient pour introduire le gaz dans la région du lit fluidisé de ce récipient, par exemple des tuyères et une structure de distribution du gaz reliant le conduit d'alimentation en gaz aux organes d'injection. La structure de distribution du gaz peut, par exemple, être une plaque de cloisonnement divisant le volume intérieur du récipient en une chambre de réaction située au-dessus de cette plaque et en une boîte à vent au- dessous de cette plaque ou bien un réseau de tubes de distribution de gaz se trouvant à
l'intérieur et/ou à l'extérieur du récipient.
Ainsi, dans une forme de réalisation de l'invention, le réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé comprend un récipient cylindrique horizontal comportant une plaque de cloisonnement parallèle à l'axe de l'enveloppe. La plaque de cloisonnement délimite au-dessous d'elle une boite à vent et au-dessus d!elle une chambre de réaction plus grande. Cette plaque supporte un lit de particules solides à fluidiser. Des tubes d'échange de chaleur par convexion/ rayonnement sont disposés le long de la paroi formant la voûte de la chambre de réaction, et le lit fluidisé comporte une zone de combustion et au moins une zone de transmission de chaleur, cette ou ces dernières zones comportant des tubes immergés pour l'échange de chaleur. Ces tubes immergés sont logés au-dessous du niveau de pleine expansion du lit
fluidisé mais au-dessus du niveau d'affaissement de ce lit.
La vitesse des gaz de fluidisation circulant dans la zone de-transmission de chaleur du lit est inférieure à la vitesse de fluidisation dans la zone de combustion du lit,
afin de diminuer l'érosion des tubes d'échange de chaleur.
La matière particulaire du lit fluidisé peut librement cir-
culer entre la zone de combustion et les zones de transmis-
sion de chaleur du litcar il n'existe pas de cloisons constituant des obstacles entre ces zones. Une cloison ou un déversoir est disposé à une extrémité du lit afin de délimiter une partie ou chambre de refroidissement des cendres et l'espace libre au-dessus de cette dernière chambre comporte un économiseur comprenant plusieurs tubes d'échange de chaleur disposés dans cet espace libre afin d'gtre en contact avec les gaz s'échappant de la chambre
de réaction.
De l'air est introduit dans la boite à vent, par exemple, par un ou des conduits traversant l'une des parois extrgmes ou les deux, du réchauffeur ou du générateur de vapeur, cependant que le lit est alimenté en charbon et
en calcaire qui lui parviennent par des conduits traver-
sant la paroi cylindrique du récipient de réaction. Un brûfleur à mazout peut etre monté sur la paroi extrême ou la paroi cylindrique du récipient de réaction afin d'amorcer la combustion dans le réacteur. Un économiseur spplémentaire peut être ajouté à l'extérieur du récipient de réaction pour extraire un supplément de chaleur des gaz brflés qui s'échappent. Le déversoir constituant une séparation entre la chambre de refroidissement de cendres et les régions de combustion du lit fluidisé régule la décharge des cendres dans la chambre de refroidissement. Un conduit de décharge
permet aux cendres de sortir de la chambre de refroidisse-
ment du récipient de réaction pour etre éliminées à l'ex-
térieur de l'appareil.
Comme décrit ci-dessus, une caractéristique impor-
tante commune aux diverses formes de réalisation de l'inven-
tion est l'existence, dans le lit fluidisé, de zones de turbulence et de densité différentes et qui communiquent entre elles. Ces zones sont établies par le réglage de la quantité d'air de fluidisation alimentant chacune d'elles un grand volume d'air par volume unitaire de lit alimente la zone à grande turbulence et un plus faible volume d'air par volume unitaire de lit parvient à la zone à faible
turbulence. Une façon d'y parvenir, dans la forme de réali-
sation comportant une boîte à vent, consiste à introduire l'air dans une boite à vent non cloisonnée et à installer des tuyères dont le nombre par unité de surface est, au-dessous de la zone à faible turbulence, inférieur à
celui existant au-dessous de la zone à forte turbulence.
On peut ainsi ne monter qu'une seule dimension de tuyèresà Un autre procédé consiste à monter le m9me nombre de tuyères par unité de surface au-dessous des deux zones,mais en plaçant au-dessous de la zone à faible turbulence des tuyères
perçées de plus petits orifices pour l'écoulement de l'air.
Un autre procédé encore implique de cloisonner la boite à vent de façon que les écoulements d'air vers les zones soient indépendants les uns des autres. Des compresseurs séparés peuvent alors être utilisés pour développer la
turbulence voulue dans chacune des zones du lit fluidisé.
On peut bien entendu combiner les procédés ci-dessus et
utiliser certainement des valves de régulation de l'écoule-
ment, en combinaison avec les procédés ci-dessus, pour
parvenir au résultat voulu.
Si l'on se réfère maintenant aux dessins, on voit sur les figures 1 et 2 un réchauffeur ou générateur de vapeur 10 à lit fluidisé de forme cylindrique, le grand axe du cylindre étant horizontal. L'appareil ou module comprend un récipient 12 qui peut être réalisé en acier au carbone. L'intérieur du récipient présente une plaque perforée 18 de cloisonnement qui sépare le volume intérieur du récipient de réaction en deux compartiments inégaux: une boîte à vent 22 au-dessous de la plaque 18 et une chambre de réaction 20 au-dessus de cette plaque. Les solides
d'alimentation sont introduits par des conduits d'alimenta-
tion 42. La plaque de cloisonnement 18 supporte une masse de particules solides 24 et plusieurs tubes 30 d'échange de chaleur par convexion / rayonnement sont disposés le long de la paroi supérieure incurvée de la chambre 20 de réaction au-dessus du niveau 23 de pleine expansion du lit fluidisé; ces tubes s'étendent le long du récipient 12 en étant généralement parallèles à son axe. Un certain nombre de tubes immergés 32 sont disposés au-dessous du niveau 23 de pleine expansion du lit fluidisé 24 mais au-dessus du niveau 25 d'affaissement du lit. Les tubes immergés 32 s'étendent le long du récipient cylindrique 12. Ils sont maintenus alignés par des supports 31 et sont disposés dans une ou des zones 28 de transmission de-chaleur du lit 24 o la turbulence est moindre que celle régnant dans la zone 26 de combustion du lit, laquelle ne comporte pas de tubes d'échange de chaleur. En disposant de cette façon les tubes immergés 32, on vise notamment à diminuer l'érosion des tubes et, comme antérieurement indiqué, cette zone de turbulence réduite peut être établie par le montage,
au-dessous des zones 28 dans lesquelles les tubes 32 immer-
gés sont disposés, d'un nombre plus faible de tuyères 34.
Puisque des températures relativement élevées se développent
dans la chambre de réaction 20, on préfère isoler le réci-
pient métallique 12 et la plaque de cloisonnement 18 à l'aide d'une couche de matière réfractaire, comme une céramique coulable. On voit sur la figure 2 une telle couche réfractaire 36 entre le récipient 12 et les tubes 30 d'échange
par convexion / rayonnement, cependant qu'une couche sembla-
ble de matière réfractaire 38 est disposée sur la plaque 18.
Plusieurs tuyères 34 traversent la plaque 18 et la couche réfractaire 38 pour faire communiquer la botte à vent 22
avec la chambre de réaction 20.
Un brûleur 48 à mazout, destiné au démarrage, est monté sur une paroi extrême 46 du réchauffeur ou générateur de vapeur. Ce brOleur 48 traverse la paroi 46 de façon que sa flamme heurte la matière particulaire fluidisée du lit 24 afin d'allumer le combustible et d'élever la température du lit fluidisé jusqu'à ce que la combustion des matières de ce lit s'entretienne d'elle-même. On voit également sur la Egure 1 qu'un conduit 40 traverse la paroi extrgme 46 pour alimenter la boîte à vent 22 en air de fluidisation et de combustion. En variante, cependant, l'air de combustion et de fluidisation peut 8être introduit dans la botte à vent 22 par un ou plusieurs conduits 41 (indiqués par des traits interrompus) et qui traversent le récipient 12 de l'appareil
au bas de cet appareil 10 ou près de sa partie inférieure.
A son extrémité opposée, le réchauffeur ou générateur de vapeur 10 comporte un économiseur 60, qui est disposé dans l'espace libre de la chambre de réaction 20 et comprend des tubes 56 d'échange de chaleur disposés dans la partie
de l'appareil 10 parcourue par les gaz br1lés d'échappement.
La partie ou chambre 50 de refroidissement des cendres du
lit fluidisé 24 est située au-dessous de l'économiseur 60.
Cette chambre 50 est séparée par un déversoir 52 du lit fluidisé proprement dit. Le trop-plein des cendres est déchargé par un conduit 68 dont l'entrée communique avec la chambre 50. On fait circuler à une vitesse relativement faible l'air de fluidisation dans la chambre 50 afin de réduire à son minimum l'entraînement des particules solides de la'cendre. Cette basse vitesse de fluidisation peut être
également obtenue à l'aide d'un nombre approprié de tuyères.
Alors qu'un économiseur 60 a été ménagé au sein du récipient 12, comme on vient juste de le décrire, il peut
s'avérer nécessaire ou avantageux d'ajouter un autre écono-
miseur dans le courant du gaz de sortie, et l'on voit'qu'un tel économiseur auxiliaire 14 est fixé à l'extrémité du
réchauffeur ou générateur de vapeur 10. Au sein de l'écono-
miseur auxiliaire 14, plusieurs tubes 62 d'échange de chaleur sont disposés dans le courant de gaz brflés d'échappement afin d'assurer un échange de chaleur avec ces gaz. Un conduit 64 permet aux gaz brfllés de sortir de l'économiseur 14 et
d'entrer dans un cyclone.
On pense que le fonctionnement du réchauffeur ou générateur de vapeur 10 à lit fluidisé peut facilement se
comprendre d'après la description ci-dessus et les dessins.
Cependant, on va brièvement décrire le fonctionnement de l'appareil. Au démarrage, une certaine quantité de particules solides de combustible comme du charbon et du calcaire, est introduite par les conduits d'alimentation 42 dans la chambre de réaction 20. De l'air est ensuite introduit par le conduit dans la boîte à vent. Cet air traverse les tuyères 34 de la plaque de cloisonnement 18 pour fluidiser les particules solides du lit 24. le br^leur de démarrage 48, alimenté en mazout et en air, est allumé et sa flamme heurte le lit fluidisé qu'elle chauffe rapidement jusqu'à sa température d'allumage. En raison de l'excellente circulation caractérisant de tels lits fluidisés, la température d'allumage est atteinte
uniformément dans tout le lit. lorsque la combustion est-
établie dans le lit fluidisé, le brAleur 48 de démarrage
est éteint et, à partir de ce moment, la combustion s'entre-
tient d'elle-même dans le lit tant qu'une quantité suffisante de particules solides de combustible est introduite par
les conduits 42 d'alimentation et tant qu'une quantité suf-
fisante d'air est introduite par le conduit 40 pour maintenir
le lit à son état fluidisé et en entretenir la combustion.
La combustion se produit principalement dans le lit 24 comportant un mélange de charbon et de calcaire, et la température est tout à fait uniforme dans chaque partie du lit. Cependant, une combustion des gaz se produira dans
une certaine mesure dans l'espace libre au-dessus du lit 24.
On peut voir que, sur la forme de réalisation représentée sur la figure 2, la partie centrale de la plaque 18 contient
un nombre relativement grand de tuyères 34 permettant l'in-
troduction d'un grand volume d'air de fluidisation dans la région centrale ou zone de combustion 26 du lit fluidisé 24. Au contraire, les régions latérales ou zones 28 de transmission de chaleur du lit fluidisé 24 comportent un nombre moins élevé de tuyères 34, de sorte que les zones 28
correspondent à une région de plus faible turbulence parcou-
rue par des gaz à vitesse généralement plus faible. Puisque la zone 26 de combustion du lit fluidisé 24 comporte un grand volume d'air, la densité de la matière sera dans. cette région plus faible que celle de la matière des zones 28 de
transmission de chaleur et il se produira donc une circula-
tion, comme indiqué,par des flèches sur la figure 2, la matière plus dense des zones 28 de transmission de chaleur s'écoulant vers la région centrale du lit fluidisé 24 le long de la plaque 18, cependant que des matières légères de la zone de combustion 26 vont tendre à s'y élever et en sortir pour parvenir dans les zones 28 de transmission de chaleur situées le long de la surface du lit fluidisé ou au voisinage de cette surface. Puisque les zones 28 de
transmission de chaleur sont-des régions de moindre turbu-
lence, l'érosion des tubes immergés 32 se situera entre des limites tolérables et l'on peut s'attendre à une prolongation
de la vie ou durée de service des tubes d'échange de chaleur.
Il convient de noter ici une autre caractéristique des tubes immergés 32. Ces tubes sont placés à un niveau
se situant dans la région de pleine expansion du lit flui-
disé, c'est-à-dire dans la région occupée par le lit quand il est entièrement fluidisé par l'air introduit dans la chambre de réaction par les tuyères 34 de la plaque 18, la surface supérieure 23 représentant la limite supérieure extrgme de la pleine expansion du lit 24. Cependant, ces tubes 32 sont situés au-dessus du niveau d'affaissement du
lit, dest-à-dire le niveau que le lit atteint lorsque l'écou-
lement de l'air de fluidisation est arrêté (le niveau supé-
rieur du lit affaisé est indiqué par un trait interrompu sur la figure 2). Ainsi, lorsque l'écoulement de l'air fluidisé est interrompu pour une raison quelconque, les
tubes immergés 32 ne seront pas soumis à l'action des tem-
pératures excessivement élevées risquant de se produire si ces tubes étaient immergés dans un lit affaissé, quiescent et dense, au cours d'un arrgt pouvant entraîner des risques de surchauffe locale. De cette façon, on réduit à son minimum
la corrosion qu'il se produit à des températures élevées.
La figure 2b montre des cloisons 21 ménagées dans la botte à vent 22. Ces cloisons peuvent 9tre éventuellement disposées afin de permettre un réglage plus étroit des conditions de fluidisation dans le lit 24. Par exemple, au démarrage, il n'est pas nécessaire réellement de fluidiser la totalité du lit 24, et sa partie centrale seule peut 9tre fluidisée jusqu'à établissement de la combustion dans ce lit. En outre, ces cloisons 21 peuvent permettre d'adapter le débit de l'appareil à des conditions exigeant moins que son débit complet. La quantité d'air de fluidisation fournie aux zones 28 de transmission de chaleur peut être ajustée
à partir d'une quantité nulle pour permettre des débits frac-
tionnaires. Comme antérieurement indiqué, les tubes immergés 32 il d'échange de chaleur sont disposés dans des régions du lit fluidisé 24 dans lesquelles, prévalent des conditions de turbulence relativement faible. Sur la figure 2 montrant une forme avantageuse de réalisation de ce concept, la zone centrale 26 à forte turbulence présente une forme en auge (voir les tirets inclinés dans la zone du lit 24) qui s'élargit progressivement à mesure que l'air se dilate au
cours de son élévation vers la surface du lit 24. Cet élar-
gissement vers le haut de la zone 26 de combustion à forte
turbulence est pris en considération pour le choix de l'em-
placement des tubes immergés 32 d'échange de chaleur afin de garantir que ces tubes sont bien disposés dans les zones
à faible turbulence, c'est-à-dire les zones 28 de transmis-
sion de chaleur.
Les gaz de combustion qui s'élèvent du lit fluidi-
sé suivent généralement ensuite un trajet horizontal tra-
versant l'espace libre de la chambre de réaction 20,en expo-
sant les tubes 30 d'échange de chaleur par convexion et
rayonnement à un chauffage sur la totalité de leur longueur.
Il se produit dans le lit fluidisé un écoulement général de la matière solide partant du voisinage d'une paroi extrgme 46 pour se diriger vers le déversoir 52 voisin du côté opposé de l'appareil 10. Bien entendu, pendant que les matières solides se rapprochent du déversoir 52, elles sont soumises à des températures de combustion pendant un temps important, et la proportion des cendres est élevée dans les matières solides voisines du déversoir 52. Les
matières solides présentes dans la chambre 50 de refroidis-
sement des cendres sont à des températures élevées, et de l'air de fluidisation est introduit à vitesse relativement lente dans cette chambre 50 pour y assurer le refroidissement nécessaire. Dans sa traversée de la chambre 50, cet air de fluidisation s'échauffe jusqu'à une température relativement
élevée et elle traverse avec les gaz de combustion l'éco-
nomiseur 60 de l'appareil 10 en effectuant un échange de chaleur avec les tubes 56 de transmission de chaleur situés dans cet économiseur 60. La cendre de la chambre 50 passe dans le conduit 68 de décharge des cendres conduisant à un cendrier 72. Comme antérieurement indiqué, l'appareil peut comporter un économiseur auxiliaire 14 destiné à recevoir par une voie de passage 58 les gaz provenant de l'économiseur primaire 60. Les gaz brOlés circulent ensuite entre les tubes 62 d'échange de chaleur de l'économiseur auxiliaire 14 avant de quitter ce dernier en passant par
l'entrée 64 d'un cyclone.
Voici le circuit d'écoulement du fluide caloporteur dans les divers tubes d'échange de chaleur: ce fluide sera tout d'abord introduit dans les tubes 62 d'échange de chaleur de l'économiseur auxiliaire 14, puis il sera conduit par les tubes 56 d'échange de chaleur de l'économiseur 60 pour passer dans les tubes 30 d'échange par convexion / rayonnement
et revenir ensuite aux tubes immergés 32 de l'appareil 10.
De cette façon, le fluide qui circule dans les tubes d'échange
de chaleur est chauffé en plusieurs étapes jusqu'à sa tem-
pérature maximale.
La-figure 4 montre schématiquement le réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé 10 de la présente invention, avec son équipement auxiliaire, destiné à une injection de vapeur d'eau pour déplacer du pétrole. Les matières alimentant la chaudière 10' de production de vapeur d'eau sont du mazout, de l'air, du charbon, du calcaire et de l'eau. Le mazout est pompé d'une citerne 80 par une pompe 82 dans un conduit 84 alimentant le brUleur 48 qui, comme antérieurement décrit, dirige une flamme sur le lit
fluidisé de la chaudière 10' pour y amorcer une combustion.
Un compresseur 100 alimente en air, par un conduit 40, la chaudière 10'. L'air fluidise le lit dans la chaudière 10' et en alimente la combustion. Les gaz de combustion sortent par l'économiseur 14 et l'entrée 64 du cyclone 66, lequel
sépare une forte proportion des matières solides entraînées.
Du cyclone 66, les gaz passent par un conduit 70 dans un filtre à sacs 104 dans lequel les plus fines matières solides sont séparées pour sortir par un conduit 108 cependant que les gaz s'échappent en 106 vers la cheminée. Des trémies 86 et 90 alimentent respectivement en charbon et en calcaire un réservoir 88 d'alimentation en charbon et un réservoir 92 d'alimentation en calcaire. Les réservoirs 88 et 92
alimentent par des conduits 42 le lit fluidisé de la chau-
dière 10'. La combustion qui s'effectue dans la chaudière 10' produit dans le lit fluidisé des cendres déchargées par le
conduit 68 vers un cendrier 72 destiné à en permettre l'éli-
mination. Une pompe 94 alimente en eau un conduit 96 lequel alimente à son tour les divers tubes d'échange de chaleur de l'appareillage. Dans ce cas, on voit que le conduit 96
alimente les tubes d'échange de chaleur situés dans l'éco-
nomiseur 14 et, comme antérieurement expliqué, l'eau passe de cet économiseur 14 dans les tubes d'échange de chaleur situés dans la chaudière 10' proprement dite o elle est vaporisée et d'o elle sort sous forme de vapeur d'eau par le conduit 98 pour servir à un déplacement de pétrole à
l'aide de vapeur d'eau.
En regardant la forme de réalisation représentée sur les figures 5 et 6, on note que l'alimentation en air
de fluidisation s'y effectue de façon légèrement différente.
Ainsi, le conduit 40 alimente en air un collecteur principal de distribution 71 qui dirige l'air par des conduits 73
vers un collecteur 75 de distribution d'air de fluidisation.
L'écoulement de l'air dans les conduits 73 est commandé par un registre 74 disposé dans chaque conduit 73. Des parois 76 et 77 divisent le collecteur de distribution 75
en des compartiments 75a, 75b et 75c dont chacun est alimen-
té par l'un des conduits 73. Le compartiment 75a alimente en air plusieurs tubes 78, cependant que le compartiment 75b alimente des tubes 111 et que le compartiment 75c est relié à des tubes 79. Des collecteurs 112, 113 et 114 de
distribution d'air s'étendent le long du récipient de réac- tion. Ils sont enfouis dans une couche d'une matière réfrac-
taire 36 isolante et coulable, de faible densité, disposé entre l'intérieur de la paroi 12 du récipient et une couche dense de matière réfractaire coulable 37 constituant la partie la plus interne de la paroi. Plusieurs tuyères 34,
placées le long des collecteurs 112, 113 et 114 de distribu-
tion d'air, traversent les couches 36 et 37 pour communiquer avec les collecteurs de distribution d'air afin d'introduire dans la chambre de réaction 20 du gaz contenant de l'oxygène et destiné à fluidiser les particules solides pour former
le lit fluidisé 24. Cet agencement des collecteurs de distribu-
tion donne trois groupes de tuyères, l'alimentation enLir de chaque groupe étant commandée par les registres 74. Cet agencement permet d'établir assez facilement une région de haute turbulence dans le lit fluidisé 24 en laissant des
quantités relativement grandes de gaz de fluidisation tra-
verser le compartiment 75b et d'établir en m9emeetemps des
régions à turbulence relativement basse en ne laissant circu-
ler dans les compartiments 75a et 75c que de plus faibles quantités d'air. Les collecteurs 114 traversent les parois extrgmes 46 de la chaudière 10 et pénètrent dans la couche de matière réfractaire coulable 36. L'agencement représenté sur la figure 5 illustre une adaptation convenant lorsque la chaudière est assez longue et présente par exemple une longueur d'au moins 11,2 m et que, par suite, l'alimentation
en air des tuyères 34 le long des collecteurs de distribu-
tion d'air risque, de tendre à ne pas 9tre uniforme.
Dans un tel cas, comme représenté sur la figure 5, des collecteurs indépendants 114 peuvent pénétrer dans la chaudière 10 par ses extrémités opposées et comporter chacun son propre conduit d'air 40 et un agencement particulier des collecteurs
intermédiaires pour la distribution de.l'air.
On notera que l'appareil représenté sur les figures et 6 ne comporte pas d'économiseur interne mais, à la place, une cheminée 6-3 d'évacuation des gaz brûlés peut être
reliée à un économiseur externe.
L'appareil représenté sur les figures 5 et 6 comporte
également plusieurs buses ou ajutages 119 d'injection d'air au-
dessus du lit qui peuvent jouer un double rôle. Au démarrage, ou bien lorsque l'appareil doit fonctionner au-dessous de sa pleine capacité, certaines tuyères 34 peuvent ne pas introduire d'air dans le réacteur. Audessus de ces tuyères t2466706 qui ne sont pas en service, les matières particulaires solides ne sont pas fluidisées et la matière provenant des
régions de fluidisation tend à y parvenir et à s'y accumuler.
Si une telle accumulation n'est pas maîtrisée, la lourde accumulation de matière risque d'8tre difficile à fluidiser lorsqu'une telle fluidisation devient souhaitable. Les
buses 119 peuvent servir à empêcher une accumulation inop-
portune de particules non fluidisées; ces buses agissent tout simplement enrefoulant les particules non fluidisées
pour les faire revenir dans la partie fluidisée du lit.
Ces buses 119 peuvent également servir d'ajutage destiné à introduire audessus du lit de l'air pour améliorer la combustion et permettre également une combustion progressive
donnant de faibles émissions des oxydes de l'azote.
La forme de réalisation des figures 5 et 6 ne comporte pas de structure interne de refroidissement des cendres et ce rôle est joué par des organes (non représentés) extérieurs à l'appareil 10. Pour la forme de réalisation des figures 5 et 6, l'agencement pour l'enlèvement des cendres comprend un tube incliné 123 qui traverse la paroi de l'appareil 10 et dont l'extrémité supérieure débouche sur la surface du sommet du lit fluidisé 24. Le tube 123 rejoint par son extrémité inférieure un tube vertical 125 qui communique en un point situé bien au-dessus de la jonction des tubes 123 et 125, avec un second tube incliné 129. Le dispositif d'enlèvement des cendres agit sur les principales matières solides fluidisées, et les particules de cendres qui s'écoulent du lit fluidisé 24 dans le tube 123 incliné vers le bas sont fluidisées, lorsqu'elles atteignent le
tube 125, par l'air admis par une buse d'injection 127.
Les particules de cendres sont soulevées par l'air de flui-
disation jusqu'au niveau de la jonction des tubes 125 et 129.
Les particules de cendres fluidisées s'écoulent alors dans le tube 129 et, par gravité, elles descendent dans le tube 129 pour parvenir dans un cendrier ou un autre récipient convenant pour leur élimination. Un tube incliné 131 permet, par ouverture d'une vanne 135, de soutirer du lit fluidisé 24 l'excès de matière de ce lit,ce qui permet d'en réguler
le niveau.
la forme de réalisation des figures 5 et 6 permet, lorsque cela devient nécessaire, un affaissement rapide du lit fluidisé par une vidange effectuée à l'aide de conduits 132 et 133. L'invention a été décrite surtout à propos de l'utilisation du charbon comme combustible. Il va de soi qu'un appareil de combustion en lit fluidisé est tout à fait souple en ce qui concerne le type de combustible qu'il peut faire brftler. Ainsi, du coke, du coke de pétrole, des copeaux de bois et des déchets combustibles peuvent ètre utilisés isolément ou en combinaison comme combustible. On envisage également la possibilité, pour un appareil de combustion fonctionnant avec des combustibles solides, d'utiliser du
mazout comme combustible supplémentaire ou bien, si l!'ali-
mentation en combustibles solides venait à manquer pour une raison ou pour une autre, l'appareil pourrait fonctionner pendant un certain temps en étant seulement alimenté en mazout. Bien entendu, l'appareil devra comporter des dispositifs appropriés à l'alimentation comme des gicleurs ou injecteurs
lorsque du mazout doit être utilisé comme combustible.
Il a été décrit que l'alimentation en combustibles solides s'effectue par des conduits 42 traversant le sommet de l'appareil 10. Eventuellement, cette introduction peut 9tre effectuée par un conduit 43 d'alimentation (voir figure 2a) traversant la paroi cylindrique 12 juste au-dessus de la plaque 18 de cloisonnement et pénétrant ensuite dans le lit fluidisé 24 ou par des conduits 44 d'alimentation (voir
les figures 2b et 6) traversant le fond de la paroi cylin-
drique 12 et pénétrant ensuite verticalement (en traversant la plaque 18 dans le cas de la forme de réalisation de la
figure 2b) dans le lit fluidisé 24.
Il va de soi,que, sans sortir du cadre de l'invention,
de nombreuses modifications peuvent être apportées au réchauf-
feur ou générateur de vapeur décrit et représenté.
Claims (11)
1. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé et, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient clos (12) comportant des organes pour introduire à la partie inférieure de ce récipient (12) un gaz contenant de l'oxygène afin d'y fluidiser une masse (24) de particules solides en formant un lit fluidisé; des tubes d'échange de chaleur situés au sein de ce récipient (12) et qui sont des tubes (30) d'échange de chaleur par convexion et rayonnement dans l'espace libre (20) au-dessus du lit fluidisé (24) et des tubes d'échange de chaleur immergés (32) dans ce lit (24); des organes destinés à réguler l'alimeitation en air de ce récipient (12) afin d'établir dans le lit fluidisé (24) une zone de combustion (26) à grande turbulence et faible densité et au moins une zone (28) de transmission de chaleur à turbulence relativement faible et à grande densité, cette dernière zone (28) communiquant librement avec la zone (26)
et logeant les tubes immergés (32).
2. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes destinés à introduire à la partie inférieure du récipient (12) un gaz contenant de l'oxygène comprennent une plaque perforée de cloisonnement (18),qui divise le volume intérieur du récipient (12) en une chambre de réaction (20) au- dessus de la plaque (18) et une botte à vent (22) au-dessous de la plaque (18), et qui peut supporter
un lit fluidisé (24) de particules solides.
3. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes destinés à introduire à la partie inférieure du récipient (12) un gaz contenant de l'oxygène comprennent plusieurs éléments d'injection de gaz dans le récipient (12), afin d'introduire le gaz dans la région (24) du lit fluidisé à l'intérieur du récipient.(12),ainsi qu'un réseau de tubes (71, 73, 75, 78, 79, 111 à 114) reliant les éléments d'injection à un conduit (40) d'alimentation en gaz.
4. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une partie au moins du réseau des tubes de distribution de gaz (112, 113, 114) est immergée dans une couche réfractaire
(36) faisant partie de la paroi (12) du récipient.
5. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les éléments d'injection dair sont des tuyères (34) et en ce que le réseau de tubes comporte plusieurs registres (74) destinés à commander l'écoulement de l'air vers les tuyères (34).
6. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit
fluidisé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que les tubes immergés (32) d'échange de chaleur sont disposés au-dessous du niveau (23) de pleine expansion du lit fluidisé (24) mais au-dessus du niveau (25)
d'affaissement de ce lit.
7. Réchauffeur ou générateurde vapeur à lit fluidisé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le récipient (12) a la forme d'un cylindre horizontal dans lequel les tubes (30) d'échange de chaleur sont disposés
selon un arc-de-cercle allongé de façon à épouser généra-
lement la paroi supérieure de ce cy3ilindre et à être en
contact avec elle.
8. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 7, caractérisé en ceque l'orientation générale des tubes (30) d'échange de chaleur est parallèle à l'axe horizontale du récipient cylindrique (12).
9. Réchauffeur ou générateur de- vapeur à lit fluidisé selon la revendication 8, caractérisé enceque l'orientation générale des tubes d'échange de chaleur immergés (32) est parallèle à l'axe horizontal du récipient
cylindrique (12).
10. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un organe d'allumage (48) destiné à amorcer la' combustion des particules solides, une tubulure (96) pour faire circuler un fluide dans les tubes d'échange de chaleur, notamment les tubes (30) d'échange par convexion et rayonnement et les tubes immergés (32) qui communiquent entre eux; des organes de traitement et de transport pour séparer, refroidir et éloigner du réchauffeur ou générateur de vapeur les particules solides restant après leur combustion dans la chambre de réaction (20); des conduits (63, 106) pour l'échappement des gaz de combustion du réchauffeur ou générateur de vapeur (10) et de la tuyauterie (98) pour conduire le fluide chauffé ou vaporisé des deux tubes (30, 32) d'échange de chaleur de l'appareil
(10, 10') vers le point d'application de ce fluide.
11. Réchauffeur ou générateur de vapeur à lit fluidisé selon la revendication 10, caractérisé en ce que les organes de traitement et de transport comprennent un déversoir (52) disposé de la plaque perforée de cloisonnement (18) vers le haut dans la chambre de réaction (20) afin
de déterminer la hauteur du lit fluidisé et de séparer celui-
ci en un grand lit réactif (24) et un petit lit (50) de refroidissement des cendres, l'air de fluidisation traversant ce lit (50) pour extraire la chaleur des cendres, ainsi que le conduit (68) pour enlever les cendres de ce lit (50) et les mener vers un point situé à l'extérieur de ce
réchauffeur ou générateur de vapeur.
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