FR2513374A1 - Procede pour mesurer le debit massique de matieres solides dans leur transport par gaz porteur - Google Patents

Abstract

A.PROCEDE POUR MESURER LE DEBIT MASSIQUE DE SOLIDES LORS DU TRANSPORT DE SUSPENSIONS SOLIDES-GAZ DANS DES TUYAUTERIES, EN PARTICULIER LORS DU TRANSPORT EN ECOULEMENT DENSE ET SOUS PRESSION ELEVEE. B.CARACTERISE EN CE QUE, EN UN POINT 8 DE LA CONDUITE DE TRANSPORT 3, LA CONCENTRATION DES SOLIDES DANS LA SUSPENSION PASSANT DEVANT CE POINT SUBIT UNE VARIATION PAR IMPULSIONS, ET ON MESURE LA CONCENTRATION EN SOLIDES, EN AVAL DE CE POINT, EN DEUX POINTS DE MESURE ESPACES 12, 14, ON DETERMINE LA DIFFERENCE DE TEMPS ENTRE L'INDICATION DE LA CONCENTRATION DES SOLIDES EN LES DEUX POINTS DE MESURE, QUE L'ON FORME LE RAPPORT ENTRE LA CONCENTRATION DES SOLIDES ET LA DIFFERENCE DES TEMPS, UN SIGNAL PROPORTIONNEL A CE QUOTIENT CONSTITUANT UNE MESURE DU DEBIT MASSIQUE DES SOLIDES DANS LA TUYAUTERIE DE TRANSPORT. C.PROCEDE DE GRANDE PRECISION.

Description

Procédé pour mesurer le débit massique de matières solides sans leur

transport par gaz porteur " L'invention concerne un procédé de mesure du débit massique de solides lors du transport des suspen- sions solide-gaz dans des tuyauteries, en particulier lors du transport sous débit massique élevé et sous

pression élevée, par exemple lors de l'amenée de combus-

tibles sous forme pulvérulente dans des réacteurs de

gazéification travaillant sous haute pression.

Compte tenu de la grande étendue du programme

d'utilisation des combustibles, il s'est avéré particu-

lièrement avantageux de gazéifier les combustibles pul-

vérulents à l'aide d'oxygène en tant qu'agent de gazéifi-

cation, sous la forme d'une réaction avec flamme Les

procédés de gazéification de ce genre se déroulent sou-

vent sous pression élevée, par exemple sous une pression

de 3 M Pa On connait (DD WP C 10 J 201 064), des techni-

ques dans lesquelles on porte le combustible pulvérulent

à une pression suffisante, par l'intermédiaire d'un sys-

tème de sas, ce combustible étant ensuite mis en suspen-

sion dans un courant de gaz porteur et ainsi transporté, par des conduites de transport, jusqu'au ou jusqu'aux

brûleurs du réacteur de gazéification proprement dit.

Comme il est mentionné dans le document ci-dessus, on

s'efforce de maintenir aussi élevée que possible la con-

centration des poussières dans le courant de gaz porteur.

C'est ainsi que l'on réalise par exemple, l'ensemble

étant rapporté à la température de travail et à la pres-

sion de travail, des débits volumiques du solide dans le

gaz porteur supérieurs à 30 kg/m 3.

Pour assurer la rentabilité de l'exploitation et

la sécurité technique de l'installation, il est néces-

saire de pouvoir mesurer et réguler la quantité de com-

bustible pulvérulent arrivant à un brûleur du réacteur

de gazéification pendant l'unité de temps.

Il est déjà connu par exemple, à partir de la DOS 25 56 957, d'utiliser plusieurs réservoirs sous pression, fonctionnant d'une manière intermittente, le combustible pulvérulent étant envoyé de ces réservoirs à une conduite de transport commune, qui le fait parvenir au brûleur du réacteur de gazéification Dans ce cas, les réservoirs sous pression peuvent ètre par exemple placés

sur des bottes dynamométriques, ce qui permet de détermi-

ner la quantité de poussières provenant des réservoirs, et donc la quantité de poussières amenée au brûleur par unité de temps Cependant, cette méthode ne convient pas quand un réservoir sous pression donnée doit alimenter

plusieurs conduites de transport, qui doivent être sur-

veillées individuellement et simultanément, chacune allant vers un brûleur particulier, ou bien quand on prélève un courant continu de solide d'un réservoir sous

pression qui est rempli périodiquement par l'intermé-

diaire de sas appropriés ou de pompes à solide.

Il est connu également d'utiliser, en tant que mesure du débit massique des poussières, la perte de charge de la suspension poussières-gaz porteur entre les extrémités d'un venturi installé dans la conduite de

transport (DOS 14 33 327), ou sur un tronçon d'une lon-

gueur donnée de la tuyauterie de transport (K R Barker et al, Pressure Feeder for Powdered Coal, Industrial

and Engineering Chemistry 43 ( 1951), p 1204 à 1209).

Indépendamment du fait que l'installation d'un point d'étranglement, par exemple un venturi, dans le cas du

transport de suspensions poussières-gaz porteur présen-

tant une grande concentration de solide porte en soi le risque d'une interruption de l'exploitation du fait d'un colmatage, la relation entre la perte de charge et le débit massique des poussières est caractérisée par un grand nombre d'autres grandeurs d'influence, comme

par exemple la géométrie du système de mesure, la natu-

re du solide à transporter (granulométrie, forme des grains, propriétés de surface, dureté, masse volumique), le rapport entre la quantité de solides et le volume de

gaz porteur, et enfin les caractéristiques du gaz por-

teur au niveau du point de mesure Il est nécessaire d'effectuer un grand nombre d'étalonnages, de sorte

qu'une mesure de ce genre n'est en règle générale utili-

sée que pour déterminer les tendances.

On connaît des propositions consistant à mesurer le débit du gaz porteur avant qu'il soit chargé avec le combustible pulvérulent, ainsi que la masse volumique de la suspension poussières-gaz porteur dans la conduite de transport, et à calculer, grâce à des circuits de calcul

appropriés, le débit massique des poussières, c'est-à-

dire la masse de poussières transportée par unité de temps, cette opération faisant appel à d'autres grandeurs d'entrées, qui sont la masse volumique des particules solides et la masse volumique du gaz porteur (DOS 27 57 032) A vrai dire, cette méthode ne convient pas

quand on à affaire à des concentrations élevées de soli-

des ou à des débits volumiques particulièrement faibles

du gaz porteur Mgme si l'on pouvait mattriser les pro-

blèmes liés à une mesure précise des faibles débits volumiques de gaz sous haute pression, ou des pertes

sous l'effet de fuites, ou encore les débits de gaz por-

teur (faibles) qu'il faut introduire en plus par exemple Pour le rinçage des points de mesure de la pression dans le tuyauterie, l'on obtiendrait, pour ce qui est des valeurs momentanées dans ces conditions, des différences considérables entre De débit volumique du gaz porteur au niveau du point de mesure avant l'introduction des pous- sières et le débit volumique vrai du gaz porteur Ces différences sont dues a des phénomènes de compensation de pression entre les réservoirs de poussières (sous pression) et la conduite de transport, fonctionnement résultant de l"'éclusage" nécessaire au remplissage du

réservoir, ainsi que dès fluctuations, à vrai dire fai-

bles, de la pression dans le système dans son ensemble.

Ces différences sont négligeables quand on utilise des débits importants de gaz porteur pour transporter la poussière ("transport par écoulement dilué") Mais, dans les conditions d'un transport par écoulement dense, dans lequel le transport d'une suspension de poussières de lignite-gaz porteur, avec une concentration de 500 kg de poussière de lignite par m 3 de gaz porteur, s'effectue

par exemple sous une pression de 3,0 M Pa, ces différen-

ces peuvent, sur de très faibles périodes, atteindre l'ordre de grandeur du débit total du gaz porteur, de sorte que la valeur instantanée du débit massique des poussières, calculée à partir du débit du gaz porteur et de la masse volumique de la suspension, et importante pour l'exploitation et la sécurité technique du réacteur

de gazéification, est grevée d'erreurs considérables.

La méthode de la DOS 27 57 032 ne peut pas non

plus être utilisée quand plusieurs courants de trans-

port, qui doivent être régulés et surveillés séparément, sortent du réservoir sous pression, et que la totalité du courant de gaz porteur est envoyée à ce réservoir

sous la forme d'un courant unique.

Le procédé indiqué dans la DOS 25 54 565 est aussi adapté à un système de transport par écoulement fluide; dans ce procédé, on utilise en tant que grandeur de référence, pour la régulation du débit massique des poussières, le produit de la masse volumique des solides au niveau du point de mesure par la différence entre le débit volumique du gaz porteur et une valeur comparative. Mais ce procédé ne donne pas une valeur quantitative pour le débit massique des poussières Pour mesurer la masse volumique des solides dans la suspension poussière-gaz porteur, il a été proposé une mesure de l'absorption,

par passage d'ondes électromagnétiques à travers la sus-

pension, suivie d'une mesure de la capacité électrique

de la suspension poussières-gaz porteur entre deux élec-

trodes appropriées (DOS 27 11 114).

On connatt aussi d'autres procédés pour mesurer la vitesse des particules solides, procédés utilisant

une technique optique, par addition de traceurs radio-

actifs et par mesure de l'impulsion du courant de solides, c'est-à-dire par mesure de la force qu'exerce le courant

de solides sur un capteur pénétrant dans l'écoulement.

Il s'est avéré que les méthodes de mesure optique,

par exemple celle présentée dans DD-WP 142 606, ne conve-

naient pas si les suspensions solides-gaz porteur pré-

sentaient une concentration très élevée de solide et une

grande finesse.

Bien que les méthodes de mesure utilisant des traceurs radioactifs conviennent bien à l'exécution de certains essais, elles soulèvent des difficultés en cas

d'utilisation continue, pour des raisons liées à la pro-

tection contre les rayonnements et à la livraison et au

dosage continu des traceurs radioactifs; ces difficul-

tés sont pour ainsi dire insolubles, si l'on tient compte de la rentabilité Il existe enfin des dispositifs de mesure utilisant le principe des impulsions (voir par exemple B Weber, Aufbereitungstechnik 7 ( 1966), p 603

à 613), mais qui sont susceptibles de créer des diffi-

cultes aux concentrations élevées des solides, a c$duite de transport étant facilement susceptible d'être colmatée

du fait du capteur qui pénètre dans le courant de solides.

Ce risque de colmatage est particulièrement important quand le solide contient des particules fibreuses, comme

par exemple avec certains types de poussières de lignite.

L'invention a pour but de créer un prozédi pour mesurer le débit massique de solides lors du traasport de

suspensions solide-gaz dans des tuyauteries, procéd& con-

venant à des suspensions solide-gaz porteur psIentant une concentration de solide très élevée (transport par écoulement dense) et une presse élevée, et qui pisse

aussi être utilisé économiquement en fonctionneatconti-

nu. L'invention propose en particulier de créer un procédé de mesure pour surveiller l'alimentat Uo en un

combustible pulvérulent en suspension dans un gaz porteur.

des brûleurs de réacteurs de gazéification sous pression

ou de foyers sous pression, procédé satisfaisant aux exi-

gences élevées liées à la fiabilité de la mesure exigen-

ces stipulées dans ces applications Le signal dnané par le procédé de mesure doit pouvoir être utilise en tant

qu'impulsion pour la régulation du procédé.

L'invention a donc plus particulièrement poeur but de créer un procédé pour mesurer le débit massiqe des solides lors du transport de suspensions solide-gaz dans

des tuyauteries, en particulier sous haute pression, pro-

cédé convenant à des suspensions présentant une concentra-

tion très élevée des solides, c'est-à-dire à un transport en écoulement dense; qui évite que le transport soit perturbé dans la tuyauterie sous l'effet de capteurs pénétrant dans le courant de transport ou du fait de points d'étranglement; qui donne de bons résultats sans

traceurs radioactifs ouverts; qui satisfasse à des spé-

cifications élevées du point de vue de la précision; qui soit pour ainsi dire indépendant des propriétés du solide à transporter; et qui convienne, par exemple pour ce qui

est de son évolution dans le temps, à l'émission d'impul-

sions pour une régulation et une commande de procédé.

L'invention concerne à cet effet un procédé

caractérisé en ce que, en un point de la tuyauterie trans-

portant la suspension solide-gaz, la concentration des

solides dans la suspension s'écoulant devant le point con-

sidéré est modifiée par impulsions; on mesure en continu, en aval du point considéré, en au moins deux points de

mesure se trouvant à une certaine distance l'un de l'au-

tre dans la tuyauterie, et par des méthodes de mesure connues, la concentration en solide Cs dans la suspension solide-gaz (masse de solide rapportée au volume total de la suspension) ou une grandeur correspondant à cette

concentration et y étant liée par une relation fonction-

nelle; et l'on détermine la différence entre les temps auxquels la variation de la concentration en solide est

indiquée au niveau des points de mesure mentionnés.

Selon l'invention, on détermine aussi, d'une

manière connue, une moyenne temporelle de la concentra-

tion du solide dans la suspension solide-gaz pour le tronçon de la tuyauterie dans lequel se trouvent les points de mesure sus-mentionnés, puis on introduit par

des moyens appropriés, par exemple des composants logi-

ques, un signal proportionnel au quotient de la moyenne temporelle mentionnée ci-dessus de la concentration des

solides et de la différence des temps auxquels est indi-

quée la variation de la concentration des solides aux points de mesure successifs, ce signal étant utilisé en tant que mesure pour le débit massique de solide dans la tuyauterie. Le procédé décrit dans la présente invention

se fonde sur l'observation, faite d'une manière surpre-

nante dans des essais à l'échelle semi-industrielle, selon laquelle des variations de faible durée, du type impulsions, et relativement petites, de -la concentration

de solides dans des suspensions solide-gaz porteur den-

ses s'écoulant dans une tuyauterie se propagent dans la tuyauterie, du moins à l'intérieur de tolérances suffi- samment faibles, dans certaines conditions qui seront décrites plus en détail ci-après, à la même vitesse que

celle à laquelle se déplace le solide dans la tuyauterie.

Ce résultat est étonnant pour le spécialiste, car, dans

un transport pneumatique, les forces provoquant le dépla-

cement des particules solides sont exclusivement une conséquence du mouvement relatif du gaz porteur et des particules solides Le gaz porteur (du moins pour un transport dans un sens horizontal et dirigé vers le haut) s'écoule à travers la tuyauterie à une vitesse plus grande que le solide Voir à ce propos, par exemple Weber

"Strbmungsfi 5rdertechnik", Verlag Mainz 1974.

On ne pouvait donc pas s'attendre, compte tenu de l'état actuel de la technique, à ce qu'une variation

de faible durée, volontairement provoquée, de la concen-

tration des solides dans la suspension solide-gaz porteur, c'est-à-dire une modification du rapport entre le volume de solides et le volume de gaz porteur, se propage dans la tuyauterie à une vitesse correspondant ou bien à la vitesse du gaz porteur, ou bien à une vitesse comprise entre la vitesse du gaz porteur et la vitesse du solide, d'autant plus que l'on savait, à partir de la technique des lits fluidisés, que les "bulles", c'est-à-dire des zones à concentration de solides fortement diminuée, se

déplacent relativement au lit fluidisé de solides.

Au contraire de ce à quoi l'on pouvait s'atten-

dre, on a constaté, comme il a été dit ci-dessus, que des variations de faible durée, du type impulsions, de

la concentration des solides dans une suspension solide-

gaz porteur se propageaient dans une tuyauterie, dans certaines conditions, à une vitesse égale à la vitesse

de transport du solide, et que l'on pouvait donc déter-

miner directement la vitesse de transport VS du solide dans la tuyauterie en mesurant la vitesse de propagation des variations de faible durée de la concentration des solides Comme il a été dit ci-dessus, la vitesse de

propagation de la variation par impulsions de la concen-

tration des solides est mesurée par la détermination de la différence entre les moments o est indiquée en au moins deux points de mesure de la concentration des solides se trouvant dans la tuyauterie à une distance L l'un de l'autre la variation de la concentration des solides L'on a alors L v =

o i t est la différence de temps mentionnée ci-dessus.

Le débit massique des solides F à travers la tuyauterie peut être déterminé en multipliant v par l'aire de la section transversale de la tuyauterie A et par la concentration CS (en unités de masse par unité de volume) des solides, rapportée au volume gaz porteur plus solides Comme la concentration des solides n'est pas constante du fait de ses variations par impulsions, on fait appel, selon l'invention, pour déterminer le débit massique de solides, non pas à Cs, mais à une moyenne,

dans le temps, de la concentration des solides Cs, la-

quelle peut être obtenue par des moyens connus, à partir d'une mesure continue de la concentration L'on a alors pour le débit massique des solides C F = L A At Comme il a été mentionné ci-dessus, on obtient un signal correspondant à ce débit massique des solides, par des moyens connus, en faisant appel à une relation

entre Cs et 6 t correspondant à cette équation.

Selon l'invention, la durée de la variation par impulsions de la concentration des solides est inférieu- re à 1 s, et de préférence est comprise entre 0,1 et 0,5 s Pendant ce temps, la concentration des solides tombe de 10 à 40 %, par rapport à sa valeur normale A l'intérieur de cet intervalle, on détermine la valeur de la diminution de la concentration des solides, en

tenant compte de la nature et de la sensibilité du pro-

cédé de mesure utilisé pour la concentration des solides,

et de son amplitude naturelle de variation.

Une forme préférée de réalisation de l'invention est caractérisée en ce que la variation par impulsions

de la concentration des solides est obtenue par une in-

jection par impulsions d'une certaine quantité supplémen-

taire de gaz dans la tuyauterie Selon la disposition géométrique du point d'injection, disposition qui dépend des conditions extérieures, et selon les propriétés du

produit transporté, il y a un risque que l'orifice d'in-

jection vers la tuyauterie soit obstrué avec le temps.

Selon l'invention, on peut, pour éviter ce risque, intro-

duire en continu, au point d'injection, un courant de

gaz de débit relativement faible, qui augmente par impul-

sions jusqu'à une valeur maximale pour être immédiatement

réduit à sa valeur initiale.

Le degré de diminution de la concentration des solides, mentionné cidessus et nécessaire à la mesure, est atteint grâce à un dosage correspondant du courant

de gaz injecté.

La variation par impulsions de la concentration des solides peut être obtenue, selon une autre forme de réalisation de l'invention, et en remplacement ou en complément de l'injection d'une quantité supplémentaire

de gaz, par un étranglement de faible durée de l'écoule-

ment des solides dans la tuyauterie Selon l'invention, on pourra obtenir de préférence un tel étranglement par une variation de faible durée de la section d'entrée au niveau de l'orifice d'entrée des solides dans la tuyau- terie, de préférence par un déplacement de faible durée d'un élément de réglage et de fermeture disposé en amont de l'orifice d'entrée des solides dans la tuyauterie, par

exemple selon le brevet DD WP G 05 B/227 094/7.

Il s'est avéré, lors d'essais comparatifs effec-

tués avec des traceurs radioactifs, que l'étranglement de courte durée ne conduisait pas à un transport pulsé,

mais que l'on avait, rapidement en aval du point d'étran-

glement, une vitesse uniforme des solides, avec une dimi-

nution de la concentration des solides, pendant un inter-

valle de temps correspondant approximativement à la durée

de l'opération d'étranglement.

Pour pouvoir effectuer une mesure quasi conti-

nue du débit massique des solides, on peut, selon l'in-

vention, procéder périodiquement à une variation par impulsions de la concentration des solides Dans une

forme de réalisation préférée, les impulsions sont dis-

tantes de 4 à 30 s Selon l'invention, il est cependant

aussi possible que la variation par impulsions de la con-

centration des solides soit déclenchée, dans chaque cas, en liaison avec les moments du passage de la variation par impulsions précédente au niveau des points de mesure de la concentration des solides Cela donne lieu à une variation par impulsions de la concentration des solides, après que le passage de l'impulsion précédente a été indiqué au niveau du deuxième point de mesure, dans le

sens de l'écoulement.

Dans une forme de réalisation de l'invention, on utilise, pour mesurer la concentration des solides

ou une grandeur liée à cette concentration par une rela-

tion fonctionnelle, aux points de mesure mentionnés, un dispositif de mesure de la transmission de rayonnements,

c'est-à-dire une méthode permettant de capter l'affai-

blissement de l'intensité des rayonnements provenant d'une source du fait de l'écoulement de transport, pro- cédé dans lequel la nature et l'intensité de la source

de rayonnement, de même que les caractéristiques géomé-

triques du récepteur de rayonnement, sont adaptées à la tuyauterie, à sa section, à son épaisseur de paroi, de même qu'à la nature et à la concentration du solide, de telle sorte que le temps d'intégration nécessaire à la mesure de la transmission des rayonnements soit faible par rapport à la différence entre les moments servant à déterminer la variation de la concentration des solides

aux points de mesure mentionnés.

Selon l'invention, on fait appel, pour la forma-

tion, par des moyens appropriés et connus, de la moyenne

CS dans le temps, mentionnée ci-dessus, de la concentra-

tion des solides, au résultat de la mesure de la trans-

mission des rayonnements en l'un des points de mesure mentionnés Si l'on doit respecter des spécifications

plus sévères relatives à la précision, et pour des dis-

tances L relativement grandes entre les points de mesure, il peut par contre s'avérer commode de déterminer avant

la formation de la moyenne dans le temps la moyenne ari-

thmétique de la mesure simultanée aux points de mesure

mentionnés, et de se servir de cette moyenne dans l'es-

pace pour former la moyenne dans le temps.

Quand on utilise un procédé de mesure de la trans-

mission des rayonnements, il s'est avéré selon l'inven-

tion particulièrement avantageux que la concentration des solides soit diminuée, par impulsions, jusqu'à ce que le taux de comptage correspondant au passage du rayonnement (c'est-à-dire le nombre d'impulsions de rayonnement reçues par unité de temps) augmente aux points de mesure de 3 à 10 %, et de préférence de 4 à 6 % par rapport à la valeur initiale Du moins dans le

transport des solides en écoulement dense, le pourcen-

tage relatif de diminution de la concentration des soli-

des, dans l'intervalle mentionné ci-dessus, est de 10 à %. Une autre forme de réalisation de l'invention est caractérisée en ce que la constante diélectrique de

la suspension solide-gaz est utilisée en tant que gran-

deur liée par une relation fonctionnelle avec la concen-

tration des solides, et que le procédé de mesure utilisé en les points de mesure mentionnés est un procédé connu

de mesure de la capacité Ces procédés de mesure présen-

tent, par rapport aux procédés de mesure de la transmis-

sion des rayonnements, l'avantage d'avoir des temps morts plus faibles Le résultat de la mesure dépend

d'une manière relativement forte, pour de nombreux pro-

duits transportés, des fluctuations des propriétés de ces produits Cela ne gêne en rien la détermination de la vitesse de transport des solides, de sorte que l'on peut ici utiliser à plein l'avantage d'avoir un temps mort plus faible; cependant, ce phénomène peut agir

d'une manière défavorable sur la précision de la concen-

tration des solides, au point qu'il s'avère nécessaire d'effectuer une mesure supplémentaire de la transmission des rayonnements pour déterminer la concentration des

solides, mesure choisie avantageusement en un point cen-

tral situé entre les points de mesure mentionnés ci-

dessus de la capacité.

On dispose de méthodes d'évaluation connues, analogiques et numériques, pour déterminer la différence

entre les moments ou sont indiquées les valeurs succes-

sives de la concentration des solides ou, aux points de mesure, de la grandeur liée à cette concentration par

une relation fonctionnelle.

Les possibilités suivantes permettant de définir le moment du passage d'une variation par impulsions de la concentration des solides en un point de mesure, ont donné de bons résultats, et elles sont présentées dans l'ordre de précision croissante et aussi de coût crois- sant:

Le moment o est dépasse un seuil fixe, au-

delà de l'amplitude naturelle de variation de la concen-

tration des solides,

La moyenne arithmétique des moments du dépas-

sement, d'abord dans un sens, puis dans l'autre, d'un seuil fixe, L'introduction d'un seuil variable de niveau, comparé, au bout d'un intervalle de temps prédéfini, à une moyenne calculée en continu de la concentration des solides sur la période précédente, Le moment du positionnement du maximum de la fonction concentration des solides-temps au point de

mesure considéré.

Dans le but de maintenir aussi faible que pos-

sible la variation par impulsion de la concentration des

solides, tout en pouvant quand même l'indiquer d'une ma-

nière sûre, une dernière forme de réalisation de l'inven-

tion est caractérisée par l'utilisation d'un procédé auto-

matique de corrélation pour déterminer la différence de

* temps permettant l'indication des variations par impul-

sions, au niveau des points de mesure, de la concentra-

tion des solides On peut pour cela faire appel à des corrélations mutuelles connues ou à des corrélations de

polarisation Si l'on utilise la technique de la corré-

lation, il est en règle générale avantageux que ce soit le corrélateur lui-même qui provoque le déclenchement de la variation de la concentration des solides, et qu'on laisse passer éventuellement plusieurs impulsions

de concentration de solides pendant le temps, par exem-

ple de 10 s, nécessaire au calcul par corrélation.

L'invention sera mieux comprise en regard de la

description ci-après et du dessin annexé, qui représen-

tent deux exemples de réalisation de l'invention, dessin dans lequel:

L'unique figure est une représentation schéma-

tique du procédé de mesure du débit massique des solides

lors de l'amenée d'un combustible pulvérulent à un réac-

teur de gazéification.

ler Exemple de réalisation-:

Dans une installation de gazéification de com-

bustibles pulvérulents, on applique le procédé selon l'invention pour mesurer et réguler le débit massique

des poussières.

Par référence à l'unique figure, le combustible pulvérulent est envoyé, par l'intermédiaire d'un sas 1, à un réservoir de dosage 2, lequel est sous une pression d'environ 3 M Pa Dans la partie inférieure du réservoir de dosage, les poussières sont fluidisées par insuffla-

tion d'un gaz porteur, puis elles s'écoulent, sous la forme d'une suspension poussières-gaz porteur dense, jusqu'au brûleur 4 d'un réacteur de gazéification 5 en passant par la conduite de transport 3 Dans le réacteur, le combustible pulvérulent réagit, sous une pression

d'environ 2,9 M Pa, sur un mélange d'agents de gazéifica-

tion riche en oxygène, amené par l'intermédiaire de la conduite 6 d'agent de gazéification Le débit massique

des solides arrivant au réacteur est régulé par l'inter-

médiaire du courant de gaz porteur amené au réservoir

doseur par l'intermédiaire de la soupape de réglage 7.

La concentration des solides dans la suspension solides-

gaz s'écoulant à travers la conduite de transport 3 est

comprise entre 300 et 500 kg-de solides par m 3 de sus-

pension (total du volume de gaz et du volume de solides).

On injecte en continu, au niveau du point d'in-

jection 8, par l'intermédiaire de la conduite 9 et du disque d'étranglement 10, un petit courant supplémentaire de gaz porteur dans la conduite de transport 3, laquelle n'influe pas trop sur la concentration des solides dans la suspension Par une ouverture de faible durée de

l'électrovanne 11, le courant supplémentaire de gaz por-

teur injecté au point 8 augmente sous la forme d'une impulsion jusqu'à ce que la concentration des solides dans la suspension passant pendant cette injection au niveau du point 8 de la conduite de transport subisse

une forte diminution.

On trouve en aval du point d'injection 8, à une distance réciproque de L = 6 m, deux points de mesure, destinés à détecter la concentration des solides dans la suspension Les points de mesure utilisent le principe de la mesure de la transmission des rayons Y, et se composent chacun d'une source de rayons Y 12, 14 et du détecteur de rayonnements 13, 15 Les détecteurs sont connectés à des appareils de mesure du rayonnement 16,

17, qui émettent chacun tant un signal analogique (den-

sité d'impulsions de rayonnement ou taux de comptage)

qu'un signal numérique, à des intervalles de temps régu-

liers. La diminution de la concentration des solides, provoquée par impulsions au niveau du point d'injection 8, se propage avec le transport de la suspension dans la conduite de transport 3, et est indiquée tout d'abord en

le point de mesure se composant de la source de rayonne-

ment 12 et du détecteur 13 Il en résulte que le taux

de comptage recueilli par l'appareil de mesure du rayon-

nement 16 augmente par impulsions et retombe à sa valeur normale, ou à l'amplitude normale de variation du taux de comptage L'appareil de mesure du rayonnement 16 émet un signal analogique proportionnel au taux de comptage, lequel signal fait démarrer une chronomètre 18

dès qu'est dépassé un seuil de niveau prédéterminé, supé-

rieur à l'amplitude normale de variation La mesure du

temps est alors arrêtée quand le détecteur 15 et l'appa-

reil de mesure du rayonnement 17 indiquent le passage de la perturbation de la concentration des solides, et

envoient l'information au chronomètre 18.

Les signaux numériques émis par les appareils de mesure du rayonnement 16 et 17 à des intervalles de temps réguliers, par exemple toutes les 0,5 seconde (et

aussi le nombre d'impulsions de rayonnement reçues pen-

dant cet intervalle de temps) sont envoyés à un micro-

processeur 19, lequel calcule la moyenne des signaux, arrivés, simultanément, des deux points de mesure, puis combine en une moyenne dans le temps les moyennes dans l'espace déterminées au cours de la période précédente, par exemple de 10 s Si l'on tient compte des fonctions

d'étalonnage, dans lesquelles entrent, outre la disposi-

tion géométrique de la source de rayonnement et du détec-

teur, de même que la nature de l'émetteur de rayonnement,

le taux de comptage Z 0 pour un tube vide et le coeffi-

cient d'atténuation massique des poussières, qui doit être déterminé séparément, et qui dépend en particulier de la composition et de la proportion des cendres dans le combustible pulvérulent, et si l'on élimine la part de la masse volumique du gaz porteur dans le résultat de la mesure de la transmission, l'ordinateur 19 peut calculer

une concentration moyenne des solides C S Selon l'équa-

tion

F = L A -

s it-

on voit que cette grandeur est, avec le temps At mesuré par le chronomètre 18, liée au débit massique des solides Fs en kg/s A est l'aire de la section transversale intérieure de la conduite de transport 3, et L est la

distance entre les deux points de mesure.

Quand la pression de service est élevée, comme dans notre exemple, il est nécessaire de procéder à l'élimination, déjà mentionnée, de la part de la masse volumique du gaz porteur En effet, la mesure de la transmission des rayonnements donne tout d'abord la masse volumique de la suspension i, de même que le rapport entre d'une part la masse des solides et du gaz porteur, d'autre part le volume total de la suspension Avec la

masse volumique absolue vraie S des solides, détermi-

née en autonome et introduite d'une manière supplémen-

taire dans l'ordinateur, et avec la masse volumique du gaz porteur dans les conditions normales (?G)N' on a la relation suivante: C = Pi PNTH (PG) NPGTN s ?SP TG (?G)NPGTN o les grandeurs d'état du gaz que sont PG et TG peuvent être, au choix, introduites dans l'ordinateur ou bien, comme il n'est pas représenté sur l'unique figure, être reprises par des capteurs spéciaux se trouvant dans la conduite de transport Les grandeurs d'état de référence

PN et T N sont introduites dans l'ordinateur à demeure.

Le débit massique Fs ainsi calculé est utilisé, à l'aide du régulateur 21, lequel agit sur la soupape de

réglage se trouvant dans la conduite d'amenée du gaz por-

teur, pour piloter le courant, s'écoulant vers le réac-

teur 5, de combustible pulvérulent Par ailleurs, l'im-

primante 20 imprime un état donnant le débit massique.

Quand est terminé un cycle de mesure et de cal-

cul, le calculateur 19 déclenche une nouvelle injection

de gaz par l'intermédiaire de l'électrovanne 11.

Pour un diamètre de la conduite de transport 3 de 50 mm, cette tuyauterie transporte 15 t/h de poussières de lignite Le débit du gaz porteur est, en amont du point d'injection 8, et ramené aux conditions réelles ( 3,0 M Pa, C), de 27,5 m 3/h, ce qui correspond à 770 m 3/h dans les conditions normales Un courant de gaz de 0,25 m 3/h, qui correspond à 7 m 3/h dans les conditions normales, est introduit en continu par l'intermédiaire d'un disque

d'étranglement 10 pour le rinçage du dispositif d'injec-

tion Sur une période de 0,6 S sont injectés en outre

dans le tuyau de transport, par l'ouverture de l'électro-

vanne 11, 7,3 m 3/h ( 200 m 3/h dans les conditions norma-

les) Cette injection provoque une diminution de la concentration C 5 des solides dans la suspension poussières de charbon-gaz porteur de 400 kg/m à 328 kg/m de volume de suspension, soit une chute de 18 % Environ 1 S après le début de l'injection, le taux de comptage déterminé par l'appareil de mesure du rayonnement 16 augmente de 6 % Au bout d'une nouvelle période de t = 1,13 s, une augmentation analogue du taux de comptage est indiquée

sur l'appareil de mesure du rayonnement 17.

Pour calculer le débit massique des solides, on fait appel à la moyenne des concentrations des solides, sur 8 s, aux deux points de mesure Le débit massique

du solide est imprimé toutes les 10 s.

Des essais de contr 8 le, avec pesée des poussières, ont donné une tolérance de mesure, pour le débit massique

des poussières, de + 5 %.

Des mesures comparatives destinées à déterminer

la vitesse des solides ou la durée de passage des soli-

des, mesures effectuées avec des particules individuel-

les marquées en tant que traceur dans le courant de solides, ont montré, pour ce qui est de la vitesse, un

parfait accord avec le résultat de l'exemple de réalisa-

tion, avec une tolérance inférieure à + 2 % La valeur maximale de l'écart, dans la mesure du débit massique,

résulte d'erreurs lors de la détermination de la concen-

tration Cs des solides.

Deuxième exemple de réalisation Dans une installation pour le reste analogue à

celle de l'exemple 1, un élément de réglage et de ferme-

ture 23 est disposé avant l'orifice d'entrée conique 22 de la tuyauterie de transport 3, qui plonge dans le réservoir doseur 2 L'élément de fermeture peut subir un déplacement axial grâce à un entraînement pneumatique

24 La tige 25 passe, d'une manière étanche à la pres-

sion, à travers le fond du réservoir doseur et le plan-

cher se trouvant dans la partie inférieure du réservoir doseur 2 Un courant partiel du gaz porteur est dévié

vers la soupape de réglage 7, d'une manière non-repré-

sentée sur la figure, et amené à l'élément de réglage et de fermeture Ce courant partiel pénètre dans le

tuyau de transport à la pointe de l'élément de réglage.

L'entrainement pneumatique déplace l'élément de réglage, par impulsions, dans le sens de l'orifice d'entrée, jusqu'à ce que la section transversale libre,

circulaire, se trouvant entre l'orifice d'entrée coni-

que 22 et la partie supérieure, elle aussi conique, de l'élément de réglage, tombe à environ 50 % de sa valeur normale Il en résulte une diminution, par impulsions, d'environ 25 %, de la suspension des solides dans la

suspension pénétrant dans la tuyauterie de transport.

Le processus de mesure et d'évaluation est analogue à celui de l'Exemple 1 L'augmentation du taux de comptage

lors du passage d'une suspension présentant une concen-

tration diminuée des solides est d'environ 8 %.

Par rapport à l'exemple de réalisation 1, il n'y a plus les dispositifs servant à l'injection d'une quantité supplémentaire de gaz, c'est-à-dire les repères 8 à 11 Contrairement à l'Exemple 1, l'étranglement par impulsions de courte durée de l'orifice d'entrée des solides par un générateur d'horloge distinct 27 est déclenché d'une manière périodique, ces périodes étant plus longues que le temps nécessaire à la mesure et à

l'évaluation d'un cycle de mesure.

Claims (5)

R E V E N D I C A T IO N S

1 ) Procédé de mesure du débit massique des solides lors du transport de suspensions solides-gaz dans des tuyauteries, en particulier lors du transport en écoulement dense et sous pression élevée, procédé

caractérisé en ce qu'en un point ( 8) de la tuyauterie ( 3) trans-

portant ia suspension solides-gaz, la concentration des solides dans la suspension passant au niveau de ce point subit une variation par impulsions, on effectue, en aval du Doint mentionné, en au moins deux points de mesure ( 12,14)se trouvant à une certaine distance l'un de l'autre dans la tuyauterie, une mesure continue, selon des procédés de mesure connus, de la concentration des solides dans la suspension solidesgaz ou d'une grandeur

liée à cette concentration par une relation fonctionnel-

le, on détermine la différence entre les moments o la variation de la concentration des solides, ou de la grandeur déterminée par le procédé de mesure et liée à

la concentration des solides par une relation fonction-

nelle, indiquée successivement aux points de mesure se trouvant en aval du point mentionné ci-dessus, a une certaine distance l'un de l'autre; et on détermine une moyenne dans le temps de la concentration des solides dans la suspension solides-gaz dans un tronçon de la tuyauterie dans lequel se trouvent les points de mesure mentionnés; on produit, par des moyens connus, un signal proportionnel au rapport entre la moyenne dans le temps mentionnée ci-dessus de la concentration des solides et de la différence des moments o est indiquée la variation de la concentration des solides en les points de mesure; ce signal étant utilisé en tant que

mesure du débit massique des solides dans la tuyauterie.

2 ) Procédé selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que la durée d'une impulsion servant à la variation de la concentration des solides est inférieure à 1 s, de préférence de 0,1 à 0, 5 s, la concentration des solides, pendant cette durée, diminuant au maximum de 10 à 40 % de sa valeur initiale, tandis qu'entre le point ( 8) o la concentration des solides dans la suspension subit une variation par impulsions et le premier point de mesu-

-ire ( 12)vu dans le sens de l'écoulement, l'on a une lon-

-gueur de tuyau supérieure à environ 2 m, et de préférence

une longueur de tuyau d'environ 5 m.

) Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation par impulsions de la concentration des solides est obtenue

par une injection par impulsions d'une quantité supplé-

mentaire de gaz.

4 ) Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'au point d'injection ( 8) est introduit d'une manière continue un courant de gaz

de débit relativement faible, lequel augmente par impul-

sions jusqu'à une valeur maximale et revient ensuite à

sa valeur initiale.

50) Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la variation par impulsions de la concentration des solides est obtenu par un étranglement de faible durée de l'écoulement des

solides dans la tuyauterie ( 3).

60) Dispositif selon l'une quelconque des reven-

dications 1, 2 ou 5, caractérisé en ce que l'étrangle-

ment de fauble durée de l'écoulement des solides dans

la tuyauterie est obtenu par une variation de couxt-

durée de la section d'entrée à l'orifice d'entrée ( 22) des

solides dans la tuyauterie, de préférence par un dépla-

cement d'un élément de réglage et de fermeture ( 23) disposé

devant l'orifice d'entrée des solides dans la tuyauterie.

) Procédé selon l'une quelconque des reven-

dications 1 à 6, caractérisé en ce que la variation par

impulsions de la concentration des solides est périodi-

que.

) Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 6, caractérisé en ce que la variation par impulsion de la concentration des solides est déclenchée

après que le passage de la variation précédente par im-

pulsion a été indiqué au niveau du deuxième point de

mesure, dans le sens de l'écoulement.

) Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 8, caractérisé en ce qu'est utilisé en tant que procédé de mesure de la grandeur correspondant à la concentration des solides ou liée à cette dernière par une relation fonctionnelle au niveau des points de mesure mentionnés un procédé de mesure par transmission de rayonnements, dans laquelle la nature et l'intensité de la source lumineuse et la géométrie du récepteur de rayonnement est adaptée à la tuyauterie, à sa section et à la nature et à la concentration des solides de telle sorte que le temps d'intégration nécessaire à la mesure de la transmission soit petit par comparaison avec la différence entre les moments de l'indication de la variation de la concentration des solides en les

points de mesure mentionnés.

) Procédé selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que, pendant la durée de la variation par

impulsions de la concentration des solides, cette der-

nière est diminuée jusqu'à ce que les taux de comptage

survenant lors de la mesure de la transmission des rayon-

nements augmente de 3 à 10 %, et de préférence de 4 à

6 % par rapport aux valeurs normales.

) Procédé selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que l'on fait appel, pour la formation de la valeur moyenne dans le temps mentionnée ci-dessus de la concentration des solides, au résultat de la mesure de la transmission des rayonnements en l'un des points de mesure mentionnés, ou bien à la moyenne arithmétique des mesures simultanées effectuées en les points de

mesure mentionnés.

) Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 8, caractérisé en ce que la grandeur liée à

la concentration des solides par une relation fonction-

nelle est la constante diélectrique de la suspension solides-gaz, et que l'on utilise en les points de mesure

mentionnés un procéde de mesure capacitive connu.

13 ) Procédé selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 12, caractérisé en ce que la différence en-

tre les moments o est indiqué la variation de la concen-

tration des solides ou de la grandeur, déterminée par le procédé de mesure, liée à la concentration des solides par une relation fonctionnelle, au niveau des points de mesure mentionnés, est déterminée par une technique de

corrélation connue.