WO2018050668A1 - System for the metering and gravity-based injection of powders in dense phase - Google Patents

System for the metering and gravity-based injection of powders in dense phase Download PDF

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WO2018050668A1
WO2018050668A1 PCT/EP2017/072970 EP2017072970W WO2018050668A1 WO 2018050668 A1 WO2018050668 A1 WO 2018050668A1 EP 2017072970 W EP2017072970 W EP 2017072970W WO 2018050668 A1 WO2018050668 A1 WO 2018050668A1
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WO
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powder
cone
injection
flow rate
diameter
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PCT/EP2017/072970
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French (fr)
Inventor
Muriel MARCHAND
Jean-Marie Seiler
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65GTRANSPORT OR STORAGE DEVICES, e.g. CONVEYORS FOR LOADING OR TIPPING, SHOP CONVEYOR SYSTEMS OR PNEUMATIC TUBE CONVEYORS
    • B65G53/00Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
    • B65G53/04Conveying materials in bulk pneumatically through pipes or tubes; Air slides
    • B65G53/06Gas pressure systems operating without fluidisation of the materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10JPRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48Apparatus; Plants
    • C10J3/50Fuel charging devices
    • C10J3/506Fuel charging devices for entrained flow gasifiers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23GCREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/30Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor having a fluidised bed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23KFEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K3/00Feeding or distributing of lump or pulverulent fuel to combustion apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2206/00Fluidised bed combustion
    • F23C2206/10Circulating fluidised bed
    • F23C2206/101Entrained or fast fluidised bed

Definitions

  • the present invention relates to the field of powder supply systems, specifically dosing and injection of powders in dense phase, that is to say with little or no carrier gas.
  • the invention relates more particularly to an application of food, pressurized containers or not, in powders of carbonaceous material charge, such as biomass, coal or any other type of powders such as a waste grind ...
  • the Containers to be fed can advantageously be gasification reactors, or other thermochemical conversion systems.
  • the mass flow rates of solid can be very variable, from a few kilograms up to several tons per hour in industrial conditions.
  • the aim of the invention is to improve such powder supply systems, in particular by a fine, precise, stable and reproducible metering and a dense phase powder injection which retains the characteristics of the metering.
  • the invention can be applied to any type of powders whose physical and mechanical properties (particle size, density, humidity, avalanche angle ).
  • patent application WO2012 / 152742A1 discloses a rotary lock for metering a powder which feeds directly from the lock a kneader.
  • These conventional dosing devices apply both to the field of pharmacy or chemistry, which require low flow rates, as for example described in patents US Pat. No. 4,850,259 and US Pat. No. 7,898,435 B2, than in the field of industrial handling of high powders. rates.
  • patent US9227790B2 relates to a gasification plant for biomass or coal in which the powder is conveyed by a helical screw conveyor.
  • pressurization airlock whose more or less important volume defines the fineness of the dosage.
  • One advantage of locks and pressurizing airlocks is that they also have a sealing effect against possible pressure fluctuations upstream and downstream.
  • a conveying with gas also referred to as "aerated injection”
  • a conveying with gas also referred to as "aerated injection”
  • Aerated injection has the advantage of not generating additional space.
  • it generates highly diluted phase flow, which may not be compatible with many downstream processes.
  • thermochemical conversion plant in which the gas does not participate in the reaction and thereby decreases the efficiency.
  • This can be particularly penalizing at high pressure, because of the increased density of the gas, which increases the ratios between the mass flow rate of the gas and the mass flow rate. solid.
  • implementing a convection gas by diluting the powder particles in a biomass gasification plant would require using a portion of the energy of the gasification reaction to heat the initially cold gas, which would have the effect of undesirable to decrease the overall yield of the reaction.
  • these funnels usually called injection cones, do not have the function of dosing the granular material and provide just a discharge by gravity.
  • the value of the flow rate is not adjustable.
  • the flow rate must be in accordance with the setpoint, within the limit of course measurement accuracy flowmeters;
  • the object of the invention is to meet at least part of these needs.
  • the invention relates, in one of its aspects, to a dense phase powder supply system comprising:
  • a dosing device adapted to dose the powder at a given average flow rate; a device for injecting the powder by gravity, in the form of a truncated cone, arranged below the metering device so as to receive by gravity the powder dosed at the given average flow rate, the opening angle and the type of material constituting the wall of the injection cone being predetermined from the mechanical properties of the powder, while the diameter of the exit orifice of the truncated cone of injection is predetermined from the so-called correlation of Rose & Tanaka, according to the following equation:
  • dp average diameter of the particles.
  • the dosage can be discontinuous can be achieved by a dosing device selected from a screw, a rotary lock or a lock hopper.
  • the values of the constant k P are of the order of 1 to 2.6 depending on the material and more precisely of the order of 1 for wood.
  • the constant k takes into account the angle that the cone makes with respect to the vertical.
  • the coefficient a less than 1, has been determined experimentally for different powders and from several injectors of different diameters. For each powder, the link between the delivered powder flow rate and the injector diameter is made. The values of a extend over the range [0.85-0.99] and more preferentially on the beach
  • the value a 0.86 was determined for a beech powder with a particle size of approximately 200 ⁇ . This value less than 1 shows that the correlation of Rose and Tanaka slightly overestimates the flow.
  • the feed system comprises a hollow tube for discharging the powder to be injected at the outlet of the injector.
  • this tube is the junction between the injector and the receptacle.
  • This discharge tube which can be of variable length and geometry, advantageously allows the powder to be conveyed downstream of the injector over more or less important distances.
  • the length of the discharge tube and its geometry can control the pressure drop in order to ensure the sealing of the injection system vis-à-vis pressure fluctuations to the downstream and therefore to guarantee the stability of the powder flow.
  • the supply system comprises a solid tube arranged coaxially inside the injection cone so as to delimit with the outlet orifice an injection ring whose external diameter corresponds to to that obtained for the diameter D.
  • this solid tube thus an annular injection.
  • the thermal energy can be provided by oxycombustion.
  • the supply system comprises a vibration device rigidly connected to the injection cone. This vibration device and coupled to the injector can help the flow of very cohesive powders.
  • thermochemical conversion plant comprising a gasification reactor arranged downstream of the system described above.
  • the plant is particularly intended to convert biomass powder, the reactor being a driven flow type reactor.
  • the invention also relates to a method for producing such a system, comprising the following steps:
  • a powder is selected whose mechanical properties are measured
  • the average flow rate of the powder to be injected into a container downstream of the cone is determined, the angle of opening of the injection cone is determined by calculation from the knowledge of the mechanical properties of the powder and the roughness of the wall of the cone, as well as the exit diameter from the equation equ 1].
  • system according to the invention operates as follows:
  • a metering device that can be conventional, such as for example a screw or a rotary lock, gives the target average flow rate (coarse dosing, in packets);
  • the powder dosed in packets then falls by gravity into the injection cone to the parameters determined beforehand as a function of the geometry of the cone, the nature of the powder and the wall (nature of the material constituting the wall of the cone, angle of cone opening and diameter of the cone outlet).
  • the opening angle of the cone is defined according to the mechanical properties of the powder and the nature of the material constituting the wall of the cone. This takes into account the flowability of the powder, including for highly cohesive powders.
  • the diameter of the outlet orifice of the cone is optimized to ensure the temporal smoothing of the solid flow and thus creation of a continuous flow at the injector outlet. This diameter must be small enough to eliminate the injection discontinuities and large enough not to limit the flow and thus reach the target value of flow.
  • the invention essentially consists of judiciously coupling a discontinuous flow rate measurement with an injection device whose geometric properties are calculated from experimental knowledge of a given powder and the use of its constituent material.
  • This combination will allow, for a given powder, in particular cohesive powder, to have an injection, without mechanical aid or by addition of gas creating a dilute phase, with flow smoothing which is thus continuous, stable even for very short periods of time , and reproducible.
  • the invention can be reproduced at will for any installation in which it is necessary to supply a container, regardless of the value of the flow rate and at low or high pressure.
  • the invention is particularly advantageous to implement in a thermo-chemical conversion plant in a driven flow reactor (RFE). Indeed, the safety rules in this type of installation require to guarantee a very high stability of the injected powder flow.
  • FIG. 1 is a curve illustrating the flow discontinuity of a powder in dense phase, introduced by a metering device constituted by a rotating sluice according to the state of the art;
  • FIG. 2 is a schematic view of a dense phase powder supply system according to the invention.
  • FIG. 3 is a curve illustrating the temporal evolution of the mass of a wood powder, measured by a weighing system at the outlet of a feed system according to the invention
  • FIGS. 4A and 4B are photographic reproductions respectively of the top and the bottom of an injection cone according to the invention, according to a variant making it possible to inject powder into an annular shaped conduit, which is useful for certain applications. .
  • the dense phase powder feed system 1 shown in FIG. 2 firstly comprises a conventional dosing device 2. It may be a helical screw, a rotary lock or a pressurization lock.
  • an injector 3 in the form of a truncated cone smoothing and injection.
  • the arrangement is such that the powder dosed at the outlet of the metering device 2 falls by gravity directly into the cone 3.
  • the geometrical parameters that are the opening angle and the exit diameter of the injection cone have been predetermined by calculations from the experimental knowledge of the characteristics of the given powder.
  • the nature of the constituent material of the injection cone 3 was also chosen beforehand and participated in the definition of the value of the opening angle.
  • the exit diameter was calculated from the modified Rose and Tanaka correlation by the addition of a multiplicative coefficient experimentally determined by the inventors for several powders.
  • the powder is tested using an experimental shear cell, which quantifies its flowability.
  • a normal stress is applied to a powder column and the tangential stress (or shear stress) required to move the powder in a horizontal plane is measured.
  • These tests give access to the powder-powder friction angle (friction of the upper part of the cell on the lower part) and to the flow function of the powder, which characterizes its ability to flow.
  • Tests performed according to the same protocol but replacing the bottom wall of the powder column with a plate made of the material provided for the injection cone, used to measure the powder-wall friction angle.
  • a half angle of opening of the cone with respect to the vertical is determined here.
  • the diameter of the outlet of the cone must be small enough to eliminate upstream dosing discontinuities but large enough not to limit the flow.
  • kp constant which depends on the shape of the powder particles
  • D diameter of the exit orifice of the cone
  • dp average diameter of the particles.
  • the values of the constant k P are of the order of 1 to 2.6 depending on the material and more precisely of the order of 1 for wood.
  • the constant takes into account the angle of the cone relative to the vertical.
  • the coefficient a less than 1, has been determined experimentally for different powders and from several injectors of different diameters. For each powder, the link between the delivered powder flow rate and the injector diameter is made. The values of a extend over the range [0.85-0.99] and more preferably over the range [0.86-0.90].
  • This installation comprises a feed hopper leading to a metering screw 2 sold under the name GAC 207 by the company GERICKE, which is driven by a motor coupled to a frequency converter.
  • This screw 2 discharges by gravity the powder into the standard type 304 stainless steel test cone 3 to be tested, with a 10 ° cone half-angle and an outlet orifice diameter equal to 12 mm.
  • the roughness standard of 304 stainless steel is 0.015 mm.
  • a discharge tube of circular section and length equal to 200 mm was added downstream of the injector cone 3.
  • This discharge tube allows in real operating conditions to convey the powder while maintaining the passage section of outlet of the injector 3, to the container in which the powder must be poured.
  • This tube can also act as a buffer against the pressure fluctuations downstream of the injection.
  • the experimental validation of the device was made by weighing the mass of powder at the outlet of the injector over time and determining the mass flow rate.
  • the weighing is carried out by a set of three load cells or weighing sensors sold under the name F60X100 under the trademark SCAIME. Calibration of these load cells led to an uncertainty of 0.005% of the measurement. Their resolution is given by the manufacturer at 27 grams. Tests in the laboratory showed an effective resolution of about 45 grams.
  • the powder harvested at the injector outlet 3 is weighed over time.
  • Figure 3 shows the curve of the mass of powder harvested as a function of time. As visible, this curve is a perfect line. The perfect linearity of mass evolution as a function of time reflects flow stability.
  • FIGS. 4A and 4B show an advantageous alternative embodiment of the injection cone 3.
  • a solid tube 5 is shown arranged coaxially inside the injection cone 3.
  • the burner is preferably supplied with oxygen at its center and thus the injection of wood powder ring around does not interfere with the operation of the burner .

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Abstract

The present invention relates to a dense-phase powder supply system (1), essentially consisting in suitably coupling the metering of a discontinuous flow to an injection device, the geometric properties of which are calculated based on experiential knowledge relating to a given powder and the use of the constituent material thereof.

Description

SYSTEME DE DOSAGE ET D'INJECTION PAR GRAVITE DE POUDRES EN  DOSAGE AND INJECTION SYSTEM BY GRAVITY OF POWDERS IN
PHASE DENSE  PHASE DENSE
Domaine technique  Technical area
La présente invention concerne le domaine des systèmes d'alimentation en poudres, plus précisément de dosage et d'injection de poudres en phase dense, c'est-à-dire avec peu ou pas de gaz porteur.  The present invention relates to the field of powder supply systems, specifically dosing and injection of powders in dense phase, that is to say with little or no carrier gas.
Elle concerne en particulier les poudres cohésives, telles que les poudres de bois, c'est-à-dire qu'elles ont une tendance naturelle à former spontanément des arches et des voûtes.  It relates in particular to cohesive powders, such as wood powders, that is to say that they have a natural tendency to spontaneously form arches and vaults.
L'invention a trait plus particulièrement à une application d'alimentation, de contenants pressurisés ou non, en poudres de charge de matière carbonée, telle que la biomasse, le charbon ou tout autre type de poudres comme un broyât de déchets... Les contenants à alimenter peuvent être avantageusement, des réacteurs de gazéification, ou d'autres systèmes de conversion thermochimique. Dans cette application, les débits massiques de solide peuvent être très variables, depuis quelques kilogrammes jusqu'à plusieurs tonnes par heure en conditions industrielles.  The invention relates more particularly to an application of food, pressurized containers or not, in powders of carbonaceous material charge, such as biomass, coal or any other type of powders such as a waste grind ... The Containers to be fed can advantageously be gasification reactors, or other thermochemical conversion systems. In this application, the mass flow rates of solid can be very variable, from a few kilograms up to several tons per hour in industrial conditions.
L'invention vise à améliorer de tels systèmes d'alimentation de poudres, notamment par un dosage fin, précis, stable et reproductible et une injection de poudre en phase dense qui conserve les caractéristiques du dosage.  The aim of the invention is to improve such powder supply systems, in particular by a fine, precise, stable and reproducible metering and a dense phase powder injection which retains the characteristics of the metering.
Bien que décrite en référence principalement à l'application avantageuse de dosage et d'injection de poudres de biomasse, l'invention peut s'appliquer à tout type de poudres dont on connaît les propriétés physiques et mécaniques (granulométrie, densité, taux d'humidité, angle d'avalanche...).  Although described with reference mainly to the advantageous application of dosing and injection of biomass powders, the invention can be applied to any type of powders whose physical and mechanical properties (particle size, density, humidity, avalanche angle ...).
Art antérieur  Prior art
Dans le domaine de l'alimentation en poudres de contenants divers et variés, on peut distinguer deux grandes catégories de dispositifs connus, ceux ayant une fonction de dosage des poudres, c'est-à-dire qui permettent de contrôler la quantité de poudre, et ceux servant à l'injection de poudres dans un contenant, en continu ou en discontinu.  In the field of the supply of powders of various and varied containers, two main categories of known devices can be distinguished, those having a powder dosing function, that is to say which make it possible to control the quantity of powder, and those for the injection of powders into a container, continuously or discontinuously.
Parmi les dispositifs de dosage répandus, on peut citer les dispositifs à vis, les écluses rotatives ou les sas de pressurisation, communément appelés « lock hoppers » en anglais. Par exemple, la demande de brevet WO2012/152742A1 divulgue une écluse rotative pour doser une poudre qui alimente directement depuis l'écluse un pétrisseur. Ces dispositifs de dosage classiques s'appliquent aussi bien au domaine de la pharmacie ou de la chimie, qui nécessitent des faibles débits, comme par exemple décrit dans les brevets US 4850259 et US7984835B2, que dans le domaine de la manipulation industrielle de poudres à hauts débits. En particulier, le brevet US9227790B2 concerne une installation de gazéification de biomasse ou de charbon dans laquelle la poudre est convoyée par un convoyeur à vis hélicoïdal. Among the widespread metering devices, mention may be made of screw devices, rotary locks or pressurization chambers, commonly called "lock hoppers" in English. For example, the patent application WO2012 / 152742A1 discloses a rotary lock for metering a powder which feeds directly from the lock a kneader. These conventional dosing devices apply both to the field of pharmacy or chemistry, which require low flow rates, as for example described in patents US Pat. No. 4,850,259 and US Pat. No. 7,898,435 B2, than in the field of industrial handling of high powders. rates. In particular, patent US9227790B2 relates to a gasification plant for biomass or coal in which the powder is conveyed by a helical screw conveyor.
On rencontre également des sas de pressurisation, dont le volume plus ou moins important définit la finesse du dosage. Un avantage des écluses et des sas de pressurisation est qu'ils ont également un effet d'étanchéité vis-à-vis d'éventuelles fluctuations de pression en amont et en aval.  There are also pressurization airlock, whose more or less important volume defines the fineness of the dosage. One advantage of locks and pressurizing airlocks is that they also have a sealing effect against possible pressure fluctuations upstream and downstream.
Le principal inconvénient des vis doseuses, écluses et lock-hoppers est le caractère fortement discontinu du débit de poudre généré, comme cela est illustré en figure 1, où l'on voit que pour une écluse rotative connue, si l'on peut toujours définir un débit moyen constant, les variations de débit au cours du temps peuvent être importantes.  The main disadvantage of metering screws, locks and lock-hoppers is the highly discontinuous nature of the generated powder flow, as illustrated in FIG. 1, where it can be seen that for a known rotary lock, if it is still possible to define a constant average flow, the variations of flow over time can be important.
Jusqu'à présent, afin de pallier cet inconvénient, la solution consistait à agencer un grand nombre de dispositifs de dosage, soit en série f uidique avec un volume, donc un pas de débit, décroissant, par exemple des écluses rotatives avec un nombre croissants de godets de taille décroissante en allant vers le point d'injection, soit en parallèle, avec un dosage alterné de plusieurs dispositifs. Outre l'investissement et les contraintes de gestion du fonctionnement alterné, cette solution a pour inconvénient de générer un encombrement non négligeable. D'autre part, pour les poudres cohésives, des problèmes de bouchage dans les godets se produisent fréquemment.  Until now, in order to overcome this drawback, the solution consisted in arranging a large number of metering devices, either in series with a volume, so a flow rate, decreasing, for example rotating locks with an increasing number of buckets of decreasing size going to the injection point, or in parallel, with an alternating dosage of several devices. In addition to the investment and management constraints of alternate operation, this solution has the disadvantage of generating a significant footprint. On the other hand, for cohesive powders, problems of plugging in buckets occur frequently.
Une autre solution connue, en particulier dans le domaine du convoyage et de la gazéification de poudre de charbon, consiste à contrôler le débit de solide par un débit additionnel de gaz : voir publications [1], [2]. Un convoyage avec gaz, aussi désigné par « injection aérée », a pour avantage de ne pas générer d'encombrement supplémentaire. En revanche, il génère un écoulement à phase fortement diluée, ce qui peut ne pas être compatible avec bon nombre de procédés en aval.  Another known solution, particularly in the field of conveying and gasification of coal powder, is to control the solid flow rate by an additional gas flow: see publications [1], [2]. A conveying with gas, also referred to as "aerated injection", has the advantage of not generating additional space. On the other hand, it generates highly diluted phase flow, which may not be compatible with many downstream processes.
Cela est particulièrement problématique dans une installation de conversion thermochimique, dans laquelle le gaz ne participe pas à la réaction et de ce fait en diminue le rendement. Ceci peut être notamment pénalisant à haute pression, du fait de la densité accrue du gaz, qui augmente les ratios entre débit de masse du gaz et débit de masse solide. Par exemple, mettre en œuvre un gaz de convoyage par dilution des particules de poudre dans une installation de gazéification de biomasse nécessiterait d'utiliser une partie de l'énergie de la réaction de gazéification pour réchauffer le gaz initialement froid, ce qui aurait pour effet indésirable de diminuer le rendement global de la réaction. This is particularly problematic in a thermochemical conversion plant in which the gas does not participate in the reaction and thereby decreases the efficiency. This can be particularly penalizing at high pressure, because of the increased density of the gas, which increases the ratios between the mass flow rate of the gas and the mass flow rate. solid. For example, implementing a convection gas by diluting the powder particles in a biomass gasification plant would require using a portion of the energy of the gasification reaction to heat the initially cold gas, which would have the effect of undesirable to decrease the overall yield of the reaction.
Des propositions ont été faites pour des systèmes de désaération du mélange solide /fluide, comme cela est présenté dans la demande de brevet US 20111/0139257 Al qui propose un système passif remplissant cette fonction. Ce système passif présente cependant l'inconvénient de générer un écoulement à contre-courant dans la zone de désaération : en effet, le solide descend par gravité, alors que le gaz remonte par aspiration vers des évents. La maîtrise de cet écoulement impose en outre des contraintes sur la géométrie du dispositif de désaération, notamment sa section d'entrée et sa longueur. D'autre part, dans un tel système le débit de solide n'est pas défini indépendamment du débit de gaz.  Proposals have been made for deaeration systems of the solid / fluid mixture, as presented in US patent application 20111/0139257 A1 which proposes a passive system fulfilling this function. This passive system, however, has the disadvantage of generating a flow against the current in the deaeration zone: in fact, the solid descends by gravity, while the gas back by suction to vents. Control of this flow also imposes constraints on the geometry of the de-aeration device, in particular its inlet section and its length. On the other hand, in such a system the solid flow rate is not defined independently of the gas flow.
En ce qui concerne les dispositifs d'injection, on peut citer la littérature ancienne et fournie sur les silos de décharge. Ces éléments de type « entonnoir » en forme de tronc de cône permettent d'injecter un matériau granulaire dans un contenant plus petit. With regard to the injection devices, mention may be made of the old literature and provided on the discharge silos. These "funnel" type elements in the form of a truncated cone make it possible to inject a granular material into a smaller container.
Par contre, ces entonnoirs, usuellement appelés cônes d'injection, n'ont pas pour fonction de doser le matériau granulaire et en assurent juste une décharge par gravité. Ainsi, dans ces dispositifs d'injection connus, la valeur du débit n'est pas réglable. On the other hand, these funnels, usually called injection cones, do not have the function of dosing the granular material and provide just a discharge by gravity. Thus, in these known injection devices, the value of the flow rate is not adjustable.
On peut également trouver différents dispositifs d'injection aérée par un gaz, décrits en détail dans la publication [2]. Ainsi, comme pour les dispositifs de dosage, ces dispositifs d'injection ne trouvent une application qu'en phase diluée avec une fraction volumique solide atteinte qui est de quelques %.  Various gas-free injection devices can also be found, described in detail in the publication [2]. Thus, as for the dosing devices, these injection devices find an application in the diluted phase with a solid volume fraction reached which is a few%.
Un autre point pénalisant de ce type d'injection aérée est que les fonctions de dosage et d'injection de poudre ne sont pas séparées (publication [3]), puisque c'est le mélange diphasique et donc le débit de gaz qui détermine en grande partie le débit de solide, comme c'est le cas pour US 2011/0139257 Al .  Another penalizing point of this type of aerated injection is that the dosing and powder injection functions are not separated (publication [3]), since it is the two-phase mixture and therefore the gas flow which determines in much of the solid flow, as is the case for US 2011/0139257 Al.
Enfin, pour des poudres très cohésives et/ou non aisément fluidisables, ce type d'injection est complexe à réaliser et très dépendant de la nature des poudres, comme expliqué par la publication [2]. Si dans l'art antérieur, on trouve des systèmes d'alimentation de poudres en phase dense qui associent un dispositif de dosage de poudre et un dispositif d'injection, les inconvénients propres à chaque dispositif subsistent. Finally, for very cohesive powders and / or not easily fluidizable, this type of injection is complex to achieve and very dependent on the nature of the powders, as explained by the publication [2]. If in the prior art, there are dense phase powder supply systems that combine a powder metering device and an injection device, the disadvantages specific to each device remain.
Il existe donc un besoin d'améliorer les systèmes d'alimentation de poudres en phase dense, notamment afin de s'affranchir des inconvénients précités des dispositifs de dosage et des dispositifs d'injection connus, notamment les fluctuations de débit incompatibles avec le procédé, une décharge sans maîtrise du débit, des débits solide et gaz interdépendants, un débit de gaz incompatible avec le rendement du procédé, et ce sans avoir recours à une alimentation en phase diluée, et/ou à une installation mécanique générant un investissement et/ou un encombrement conséquent(s).  There is therefore a need to improve the dense phase powder supply systems, in particular in order to overcome the aforementioned drawbacks of known metering devices and injection devices, in particular flow fluctuations that are incompatible with the process, a discharge without flow control, interdependent solid and gas flows, a gas flow rate incompatible with the efficiency of the process, and without using a dilute phase feed, and / or a mechanical installation generating an investment and / or a large size (s).
De manière générale, il existe un besoin de définir un système d'alimentation de poudres en phase dense, en particulier cohésives qui permette d'obtenir un dosage ayant les propriétés suivantes :  In general, there is a need to define a system for supplying dense phase powders, in particular cohesive powders, which makes it possible to obtain an assay having the following properties:
- fin : l'amplitude des fluctuations de débit autour du débit moyen doit rester faible ;  - end: the amplitude of the flow fluctuations around the mean flow must remain low;
- précis : le débit généré doit être conforme à la consigne, dans la limite bien entendu de la précision de mesure des débitmètres ;  - accurate: the flow rate must be in accordance with the setpoint, within the limit of course measurement accuracy flowmeters;
- stable, au sens statistique du terme : le débit moyen sur une période temporelle considérée, doit rester le même pendant toute la durée du procédé (absence de dérive lente)  - stable, in the statistical sense of the term: the average flow over a given period of time, must remain the same throughout the duration of the process (absence of slow drift)
- reproductible : le débit ne doit pas varier d'un jour à l'autre.  - reproducible: the flow must not vary from one day to another.
Il existe également un besoin d' une injection en aval du dosage qui conserve les propriétés définies ci-dessus pour le dosage, avec tout particulièrement un débit constant même sur de très courtes durées, typiquement de l'ordre de la seconde, et qui fonctionne aussi bien à petit et grand débits, qu'à basse et haute pression.  There is also a need for an injection downstream of the assay which retains the properties defined above for the assay, especially with a constant flow rate even over very short periods, typically of the order of one second, and which functions both at low and high flow rates, at low and high pressure.
Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ces besoins.  The object of the invention is to meet at least part of these needs.
Exposé de l'invention  Presentation of the invention
Pour ce faire, l'invention concerne, sous un de ses aspects, un système d'alimentation en poudre en phase dense comportant :  To this end, the invention relates, in one of its aspects, to a dense phase powder supply system comprising:
- un dispositif de dosage, adapté pour doser la poudre selon un débit moyen donné; - un dispositif d'injection de la poudre par gravité, sous la forme d'un tronc de cône, agencé en dessous du dispositif de dosage de sorte à recevoir par gravité la poudre dosée au débit moyen donné, l'angle d'ouverture et le type de matériau constitutif de la paroi du cône d'injection étant prédéterminés à partir des propriétés mécaniques de la poudre, tandis que le diamètre de l'orifice de sortie du tronc de cône d'injection est prédéterminé à partir de la corrélation dite de Rose & Tanaka, selon l'équation suivante : - A dosing device, adapted to dose the powder at a given average flow rate; a device for injecting the powder by gravity, in the form of a truncated cone, arranged below the metering device so as to receive by gravity the powder dosed at the given average flow rate, the opening angle and the type of material constituting the wall of the injection cone being predetermined from the mechanical properties of the powder, while the diameter of the exit orifice of the truncated cone of injection is predetermined from the so-called correlation of Rose & Tanaka, according to the following equation:
W =
Figure imgf000007_0001
— kp * dp) 2,5 [equ. 1 ] dans laquelle :
W =
Figure imgf000007_0001
- kp * dp) 2.5 [Eq. 1] in which:
W : débit massique de poudre,  W: mass flow rate of powder,
k : constante qui dépend de la forme du cône,  k: constant which depends on the shape of the cone,
kP : constante qui dépend de la forme des particules de poudre, k P : constant which depends on the shape of the powder particles,
D: diamètre de l'orifice de sortie du cône,  D: diameter of the exit orifice of the cone,
pb : densité apparente de la poudre,  pb: apparent density of the powder,
dp : diamètre moyen des particules.  dp: average diameter of the particles.
: coefficient expérimental de pondération, intrinsèque à la poudre, déterminé expérimentalement pour différentes poudres et à partir de plusieurs injecteurs de différents diamètres.  : experimental coefficient of weighting, intrinsic to the powder, determined experimentally for different powders and from several injectors of different diameters.
Le dosage peut discontinu peut être réalisé par un dispositif de dosage choisi parmi une vis, une écluse rotative ou encore un lock hopper.  The dosage can be discontinuous can be achieved by a dosing device selected from a screw, a rotary lock or a lock hopper.
Les valeurs de la constante kP sont de l'ordre de 1 à 2.6 selon le matériau et plus précisément de l'ordre de 1 pour le bois. La constante k tient compte de l'angle que fait le cône par rapport à la verticale. The values of the constant k P are of the order of 1 to 2.6 depending on the material and more precisely of the order of 1 for wood. The constant k takes into account the angle that the cone makes with respect to the vertical.
Le coefficient a, inférieur à 1 , a été déterminé expérimentalement pour différentes poudres et à partir de plusieurs injecteurs de différents diamètres. Pour chaque poudre, le lien entre le débit de poudre délivré et le diamètre de l'injecteur est fait. Les valeurs de a s'étendent sur la plage [0.85-0.99] et plus préférentiellement sur la plage The coefficient a, less than 1, has been determined experimentally for different powders and from several injectors of different diameters. For each powder, the link between the delivered powder flow rate and the injector diameter is made. The values of a extend over the range [0.85-0.99] and more preferentially on the beach
[0.86-0.90]. [0.86-0.90].
A titre d'exemple, la valeur a = 0.86 a été déterminée pour une poudre de hêtre de granulométrie 200 μιη environ. Cette valeur inférieure à 1 montre que la corrélation de Rose et Tanaka surestime légèrement le débit.  By way of example, the value a = 0.86 was determined for a beech powder with a particle size of approximately 200 μιη. This value less than 1 shows that the correlation of Rose and Tanaka slightly overestimates the flow.
La poudre peut être délivrée directement par gravité dans un contenant, cependant, selon un mode de réalisation avantageux, le système d'alimentation comprend un tube creux de décharge de la poudre à injecter, à la sortie de l'injecteur. Ainsi, ce tube fait la jonction entre l'injecteur et le réceptacle. Ce tube de décharge, qui peut être de longueur et de géométrie variables, permet avantageusement de convoyer la poudre en aval de l'injecteur sur des distances plus ou moins importantes. En outre, la longueur du tube de décharge et sa géométrie (tube droit ou coudé) permet de piloter la perte de charge en vue d'assurer l'étanchéité du système d'injection vis-à-vis de fluctuations de pression à l'aval et par conséquent, de garantir la stabilité du débit de poudre. The powder can be delivered directly by gravity into a container, however, according to an advantageous embodiment, the feed system comprises a hollow tube for discharging the powder to be injected at the outlet of the injector. Thus, this tube is the junction between the injector and the receptacle. This discharge tube, which can be of variable length and geometry, advantageously allows the powder to be conveyed downstream of the injector over more or less important distances. In addition, the length of the discharge tube and its geometry (straight or bent tube) can control the pressure drop in order to ensure the sealing of the injection system vis-à-vis pressure fluctuations to the downstream and therefore to guarantee the stability of the powder flow.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le système d'alimentation comprend un tube plein agencé de manière coaxiale à l'intérieur du cône d'injection de sorte à délimiter avec l'orifice de sortie un anneau d'injection dont le diamètre externe correspond à celle obtenue pour le diamètre D. Avec ce tube plein, on réalise ainsi une injection annulaire. Dans le cas d'une gazéification de la poudre, l'énergie thermique peut être apportée par oxycombustion. Dans ce cas, il peut être intéressant de placer le brûleur alimenté en oxygène au centre et l'injection de poudre de bois en anneau autour. Il va de soi que l'on veille à ce que la section de passage pour la poudre soit conservée par rapport au cas circulaire.  According to another advantageous embodiment, the supply system comprises a solid tube arranged coaxially inside the injection cone so as to delimit with the outlet orifice an injection ring whose external diameter corresponds to to that obtained for the diameter D. With this solid tube, thus an annular injection. In the case of a gasification of the powder, the thermal energy can be provided by oxycombustion. In this case, it may be interesting to place the oxygen-fed burner in the center and injecting wood powder around it. It goes without saying that it is ensured that the passage section for the powder is retained relative to the circular case.
Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, le système d'alimentation comprend un dispositif de vibration relié rigidement au cône d'injection. Ce dispositif de vibration ainsi couplé à l'injecteur permet d'aider à l'écoulement de poudres très cohésives.  According to yet another advantageous embodiment, the supply system comprises a vibration device rigidly connected to the injection cone. This vibration device and coupled to the injector can help the flow of very cohesive powders.
L'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, une installation de conversion thermochimique comprenant un réacteur de gazéification agencé en aval du système décrit précédemment.  Another subject of the invention is, according to another of its aspects, a thermochemical conversion plant comprising a gasification reactor arranged downstream of the system described above.
L'installation est particulièrement destinée à convertir de la poudre de biomasse, le réacteur étant un réacteur de type à flux entraîné.  The plant is particularly intended to convert biomass powder, the reactor being a driven flow type reactor.
L'invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un tel système, comprenant les étapes suivantes :  The invention also relates to a method for producing such a system, comprising the following steps:
- on sélectionne une poudre dont on mesure les propriétés mécaniques, a powder is selected whose mechanical properties are measured,
- on détermine le débit moyen de la poudre à injecter dans un contenant en aval du cône, - on détermine par calculs l'angle d'ouverture du cône d'injection à partir de la connaissance des propriétés mécaniques de la poudre et de la rugosité de la paroi du cône, ainsi que le diamètre de sortie à partir de l'équation [equ 1 ]. the average flow rate of the powder to be injected into a container downstream of the cone is determined, the angle of opening of the injection cone is determined by calculation from the knowledge of the mechanical properties of the powder and the roughness of the wall of the cone, as well as the exit diameter from the equation equ 1].
Ces propriétés vont déterminer l'angle de frottement poudre-poudre et l'angle de frottement poudre-paroi. Le diamètre minimum de sortie du cône pour obtenir un écoulement en masse de la poudre est ensuite déterminé par l'équation [equ 1 ].  These properties will determine the powder-powder friction angle and the powder-wall friction angle. The minimum outlet diameter of the cone to obtain a mass flow of the powder is then determined by the equation [equ 1].
Autrement dit, le système selon l'invention fonctionne de la manière suivante: In other words, the system according to the invention operates as follows:
- un dispositif de dosage qui peut être classique, comme par exemple une vis ou une écluse rotative, donne le débit moyen cible (dosage grossier, par paquets) ; a metering device that can be conventional, such as for example a screw or a rotary lock, gives the target average flow rate (coarse dosing, in packets);
- la poudre dosée en paquets tombe alors par gravité dans le cône d'injection aux paramètres déterminés au préalable en fonction de la géométrie du cône, de la nature de la poudre et de la paroi (nature du matériau constitutif de la paroi du cône, angle d'ouverture du cône et diamètre de l'orifice de sortie du cône).  the powder dosed in packets then falls by gravity into the injection cone to the parameters determined beforehand as a function of the geometry of the cone, the nature of the powder and the wall (nature of the material constituting the wall of the cone, angle of cone opening and diameter of the cone outlet).
L'angle d'ouverture du cône est défini en fonction des propriétés mécaniques de la poudre et de la nature du matériau constitutif de la paroi du cône. On prend ainsi en compte la coulabilité de la poudre, y compris pour des poudres fortement cohésives.  The opening angle of the cone is defined according to the mechanical properties of the powder and the nature of the material constituting the wall of the cone. This takes into account the flowability of the powder, including for highly cohesive powders.
Le diamètre de l'orifice de sortie du cône est optimisé pour assurer le lissage temporel du débit solide et donc création d'un écoulement continu en sortie d'injecteur. Ce diamètre doit être suffisamment petit pour supprimer les discontinuités d'injection et suffisamment grand pour ne pas limiter le débit et atteindre ainsi la valeur cible de débit.  The diameter of the outlet orifice of the cone is optimized to ensure the temporal smoothing of the solid flow and thus creation of a continuous flow at the injector outlet. This diameter must be small enough to eliminate the injection discontinuities and large enough not to limit the flow and thus reach the target value of flow.
Ainsi, l'invention consiste essentiellement à coupler judicieusement un dosage discontinu de débit avec un dispositif d'injection dont les propriétés géométriques sont calculées à partir des connaissances expérimentales sur une poudre donnée et la mise en œuvre de son matériau constitutif.  Thus, the invention essentially consists of judiciously coupling a discontinuous flow rate measurement with an injection device whose geometric properties are calculated from experimental knowledge of a given powder and the use of its constituent material.
Cette combinaison va permettre, pour une poudre donnée, en particulier cohésive, d'avoir une injection, sans aide mécanique ou par addition de gaz créant une phase diluée, avec un lissage de débit qui est ainsi continu, stable même sur des durées très courtes, et reproductible.  This combination will allow, for a given powder, in particular cohesive powder, to have an injection, without mechanical aid or by addition of gas creating a dilute phase, with flow smoothing which is thus continuous, stable even for very short periods of time , and reproducible.
On peut reproduire l'invention à souhait pour n'importe quelle installation dans laquelle il est nécessaire d'alimenter un contenant, quelle que soit la valeur du débit et ce à basse ou haute pression. L'invention est particulièrement avantageuse à mettre en œuvre dans une installation de conversion thermo chimique en réacteur à flux entraîné (RFE). En effet, les règles de sécurité dans ce type d'installation imposent de garantir une très grande stabilité du débit de poudre injectée. The invention can be reproduced at will for any installation in which it is necessary to supply a container, regardless of the value of the flow rate and at low or high pressure. The invention is particularly advantageous to implement in a thermo-chemical conversion plant in a driven flow reactor (RFE). Indeed, the safety rules in this type of installation require to guarantee a very high stability of the injected powder flow.
Description détaillée  detailed description
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes, parmi lesquelles :  Other advantages and characteristics of the invention will emerge more clearly from a reading of the detailed description of exemplary embodiments of the invention, given by way of nonlimiting illustration and with reference to the following figures, among which:
- la figure 1 est une courbe illustrant la discontinuité de débit d'une poudre en phase dense, introduite par un dispositif de dosage constitué par une écluse rotative selon l'état de l'art ;  FIG. 1 is a curve illustrating the flow discontinuity of a powder in dense phase, introduced by a metering device constituted by a rotating sluice according to the state of the art;
- la figure 2 est une vue schématique d'un système d'alimentation en poudre en phase dense selon l'invention ;  FIG. 2 is a schematic view of a dense phase powder supply system according to the invention;
- la figure 3 est une courbe illustrant l'évolution temporelle de la masse d'une poudre de bois, mesurée par un système de pesée à la sortie d'un système d'alimentation selon l'invention;  FIG. 3 is a curve illustrating the temporal evolution of the mass of a wood powder, measured by a weighing system at the outlet of a feed system according to the invention;
- les figures 4A et 4B sont des reproductions photographiques respectivement du dessus et du dessous d'un cône d'injection conforme à l'invention, selon une variante permettant de réaliser une injection de poudre dans un conduit de forme annulaire, utile pour certaines applications.  FIGS. 4A and 4B are photographic reproductions respectively of the top and the bottom of an injection cone according to the invention, according to a variant making it possible to inject powder into an annular shaped conduit, which is useful for certain applications. .
On précise ici dans l'ensemble de la présente demande, les termes « inférieur », « supérieur », « dessus », « dessous », « intérieur », « extérieur », « « interne » « externe» sont à comprendre par référence à un tronc de cône d'injection selon l'invention avec son axe agencé à la verticale avec l'entrée sur le dessus et la sortie sur le dessous.  It is specified here throughout the present application, the terms "lower", "upper", "above", "below", "inside", "outside", "" internal "" external "are to be understood by reference a truncated cone injection according to the invention with its axis arranged vertically with the entry on the top and the exit on the bottom.
On précise également que les termes « amont », « aval », « entrée », « sortie » sont à considérer par rapport au sens de circulation de la poudre dans le système selon l'invention.  It is also specified that the terms "upstream", "downstream", "input", "output" are to be considered in relation to the direction of flow of the powder in the system according to the invention.
La figure 1 a déjà été commentée en préambule. Elle ne le sera donc pas détaillée par la suite. Le système d'alimentation 1 en poudre en phase dense représenté en figure 2 comprend tout d'abord un dispositif de dosage 2 classique. Il peut s'agir d'une vis hélicoïdale, d'une écluse rotative ou d'un sas de pressurisation. Figure 1 has already been commented on in the preamble. It will not be detailed later. The dense phase powder feed system 1 shown in FIG. 2 firstly comprises a conventional dosing device 2. It may be a helical screw, a rotary lock or a pressurization lock.
Une trémie d'alimentation 20 peut être implantée en entrée du dispositif de dosage.  A feed hopper 20 may be implanted at the inlet of the metering device.
En dessous du dispositif de dosage 2 est agencé un injecteur 3 sous la forme d'un tronc de cône de lissage et d'injection. L'agencement est tel que la poudre dosée en sortie du doseur 2 tombe par gravité directement dans le cône 3.  Below the metering device 2 is arranged an injector 3 in the form of a truncated cone smoothing and injection. The arrangement is such that the powder dosed at the outlet of the metering device 2 falls by gravity directly into the cone 3.
Selon l'invention, les paramètres géométriques que sont l'angle d'ouverture et le diamètre de sortie du cône d'injection ont été prédéterminés par calculs à partir de la connaissance expérimentale des caractéristiques de la poudre donnée. La nature du matériau constitutif du cône d'injection 3 a été également choisie au préalable et a participé à la définition de la valeur de l'angle d'ouverture. Le diamètre de sortie a été calculé à partir de la corrélation de Rose et Tanaka modifiée par l'ajout d'un coefficient multiplicatif déterminé expérimentalement par les inventeurs pour plusieurs poudres.  According to the invention, the geometrical parameters that are the opening angle and the exit diameter of the injection cone have been predetermined by calculations from the experimental knowledge of the characteristics of the given powder. The nature of the constituent material of the injection cone 3 was also chosen beforehand and participated in the definition of the value of the opening angle. The exit diameter was calculated from the modified Rose and Tanaka correlation by the addition of a multiplicative coefficient experimentally determined by the inventors for several powders.
Il est précisé ici que dans la définition d'un cône d'injection conforme à l'invention, la hauteur du cône n'intervient pas. Il peut être choisi indépendamment de la nature de la poudre, à condition bien entendu de respecter les règles de l'art connues, à savoir que la valeur de la hauteur doit être suffisante pour permettre le remplissage du cône sur une hauteur équivalente à quelques diamètres de sortie.  It is specified here that in the definition of an injection cone according to the invention, the height of the cone does not intervene. It can be chosen independently of the nature of the powder, provided of course to respect the known rules of the art, namely that the value of the height must be sufficient to allow the filling of the cone to a height equivalent to a few diameters Release.
On indique ici un exemple de définition des paramètres du cône 3 pour une poudre de particules de bois de hêtre, de taille unitaire de l'ordre de 200 μιη environ avec, comme cible un débit massique solide de 50 Kg/h.  An example of definition of the parameters of the cone 3 for a powder of beech wood particles, of unit size of the order of about 200 μιη, with a target mass solid flow rate of 50 kg / h, is indicated here.
On teste tout d'abord la poudre à l'aide d'une cellule expérimentale de cisaillement, qui permet de quantifier sa coulabilité. Dans cette cellule de cisaillement, une contrainte normale est appliquée à une colonne de poudre et la contrainte tangentielle (ou contrainte de cisaillement) nécessaire au déplacement de la poudre dans un plan horizontal, est mesurée. Ces tests donnent accès à l'angle de frottement poudre-poudre (friction de la partie supérieure de la cellule sur la partie inférieure) et à la fonction d'écoulement de la poudre, qui caractérise son aptitude à s'écouler. Les tests réalisés selon le même protocole mais en remplaçant la paroi inférieure de la colonne de poudre par une plaque réalisée dans le matériau prévu pour le cône d'injection, permettent de mesurer l'angle de frottement poudre-paroi. First, the powder is tested using an experimental shear cell, which quantifies its flowability. In this shear cell, a normal stress is applied to a powder column and the tangential stress (or shear stress) required to move the powder in a horizontal plane is measured. These tests give access to the powder-powder friction angle (friction of the upper part of the cell on the lower part) and to the flow function of the powder, which characterizes its ability to flow. Tests performed according to the same protocol but replacing the bottom wall of the powder column with a plate made of the material provided for the injection cone, used to measure the powder-wall friction angle.
Les données établies à l'aide de ces mesures de cisaillement permettent de calculer l'angle minimum d'ouverture du convergent, pour un écoulement régulier en masse de la poudre.  The data established using these shear measurements make it possible to calculate the minimum aperture angle of the convergent, for a regular flow of the powder mass.
A titre d'exemple, on détermine ici un demi-angle d'ouverture du cône par rapport à la verticale, égal à 10°.  By way of example, a half angle of opening of the cone with respect to the vertical, equal to 10 °, is determined here.
Plus le matériau utilisé pour réaliser le cône d'injection est lisse et plus l'écoulement en masse est favorisé, ce qui se traduit par des demi-angles d'ouverture du cône de valeurs faibles pour les matériaux rugueux, comme de l'acier inoxydable standard et de valeurs plus grandes pour des matériaux lisses.  The more the material used to make the injection cone is smooth and the more the bulk flow is favored, which results in low cone half-opening angles for rough materials, such as steel. Standard stainless and larger values for smooth materials.
Les mesures faites par les inventeurs sur des poudres de bois de hêtre montrent qu'un demi-angle de cône de 10° pour un acier inoxydable type 304 L rugueux correspond à un demi-angle de 25° pour le même acier inoxydable ayant subi un traitement de poli miroir.  The measurements made by the inventors on beech wood powders show that a half-cone angle of 10 ° for a rough type 304 L stainless steel corresponds to a half angle of 25 ° for the same stainless steel having undergone mirror polish treatment.
Après étude bibliographique poussée, les inventeurs sont en outre parvenus à la conclusion que le diamètre de l'orifice de sortie du cône d'injection 3 doit favoriser l'écoulement et le lissage temporel du débit solide par nature discontinu à la sortie du dispositif de dosage 2.  After extensive literature review, the inventors have furthermore come to the conclusion that the diameter of the outlet orifice of the injection cone 3 must favor the flow and the temporal smoothing of the solid flow, which is by nature discontinuous at the outlet of the device. dosage 2.
Ainsi, le diamètre de l'orifice de sortie du cône doit être suffisamment petit pour supprimer les discontinuités de dosage à l'amont mais suffisamment grand pour ne pas limiter le débit.  Thus, the diameter of the outlet of the cone must be small enough to eliminate upstream dosing discontinuities but large enough not to limit the flow.
La détermination de ce diamètre se fait à partir de la corrélation de Rose & Tanaka, comme explicitée dans la publication [4], qui est modifiée expérimentalement dans l'invention par l'ajout d'un coefficient multiplicatif.  The determination of this diameter is made from the Rose & Tanaka correlation, as explained in the publication [4], which is modified experimentally in the invention by the addition of a multiplicative coefficient.
Cette corrélation modifiée se traduit par l'équation suivante :
Figure imgf000012_0001
This modified correlation results in the following equation:
Figure imgf000012_0001
dans laquelle :  in which :
W : débit massique de poudre,  W: mass flow rate of powder,
k : constante qui dépend de la forme du cône,  k: constant which depends on the shape of the cone,
kp : constante qui dépend de la forme des particules de poudre, D: diamètre de l'orifice de sortie du cône, kp: constant which depends on the shape of the powder particles, D: diameter of the exit orifice of the cone,
pb : densité apparente de la poudre,  pb: apparent density of the powder,
dp : diamètre moyen des particules.  dp: average diameter of the particles.
Les valeurs de la constante kP sont de l'ordre de 1 à 2.6 selon le matériau et plus précisément de l'ordre de 1 pour le bois. La constante tient compte de l'angle que fait le cône par rapport à la verticale. The values of the constant k P are of the order of 1 to 2.6 depending on the material and more precisely of the order of 1 for wood. The constant takes into account the angle of the cone relative to the vertical.
Le coefficient a, inférieur à 1, a été déterminé expérimentalement pour différentes poudres et à partir de plusieurs injecteurs de différents diamètres. Pour chaque poudre, le lien entre le débit de poudre délivré et le diamètre de l'injecteur est fait. Les valeurs de a s'étendent sur la plage [0.85-0.99] et plus préférentiellement sur la plage [0.86-0.90].  The coefficient a, less than 1, has been determined experimentally for different powders and from several injectors of different diameters. For each powder, the link between the delivered powder flow rate and the injector diameter is made. The values of a extend over the range [0.85-0.99] and more preferably over the range [0.86-0.90].
En pratique, pour l'exemple de poudre de bois de hêtre, la valeur de 0,86 a été déterminée expérimentalement par les inventeurs à partir d'injecteurs de plusieurs diamètres d'orifice de sortie variables, comme mentionné précédemment.  In practice, for the example of beech wood powder, the value of 0.86 was experimentally determined by the inventors from injectors of several variable output orifice diameters, as mentioned previously.
Pour valider l'avantage primordial du système selon l'invention, qui est de générer un écoulement continu à débit stable en sortie d'injecteur 3, les inventeurs ont procédé à des essais sur une installation expérimentale de convoyage et d'injection à pression atmosphérique pour parvenir à un débit stable de 50 kg/h en sortie.  To validate the primordial advantage of the system according to the invention, which is to generate a continuous flow with a stable flow rate at the outlet of the injector 3, the inventors have carried out tests on an experimental installation for conveying and injecting at atmospheric pressure. to achieve a stable output of 50 kg / h output.
Cette installation comprend d'une trémie d'alimentation débouchant sur une vis doseuse 2 commercialisée sous la dénomination GAC 207 par la société GERICKE, qui est pilotée par un moteur couplé à un variateur de fréquence.  This installation comprises a feed hopper leading to a metering screw 2 sold under the name GAC 207 by the company GERICKE, which is driven by a motor coupled to a frequency converter.
Cette vis 2 déverse par gravité la poudre dans le cône d'injection 3 à tester en acier inoxydable, de type 304 standard, avec un demi-angle d'ouverture de cône de 10° et un diamètre d'orifice de sortie égal à 12 mm. Le standard de rugosité de l'acier inoxydable 304 est égal à 0,015 mm.  This screw 2 discharges by gravity the powder into the standard type 304 stainless steel test cone 3 to be tested, with a 10 ° cone half-angle and an outlet orifice diameter equal to 12 mm. The roughness standard of 304 stainless steel is 0.015 mm.
En outre, un tube de décharge de section circulaire et de longueur égale à 200 mm a été rajouté en aval du cône d'injecteur 3. Ce tube de décharge permet en conditions réelles de fonctionnement de convoyer la poudre en conservant la section de passage de sortie de l'injecteur 3, jusqu'au contenant dans lequel la poudre doit être déversée. Ce tube peut également assurer un rôle de tampon vis-à-vis des fluctuations de pression à l'aval de l'injection. La validation expérimentale du dispositif a été faite par pesée de la masse de poudre en sortie de l'injecteur au cours du temps et détermination du débit massique. In addition, a discharge tube of circular section and length equal to 200 mm was added downstream of the injector cone 3. This discharge tube allows in real operating conditions to convey the powder while maintaining the passage section of outlet of the injector 3, to the container in which the powder must be poured. This tube can also act as a buffer against the pressure fluctuations downstream of the injection. The experimental validation of the device was made by weighing the mass of powder at the outlet of the injector over time and determining the mass flow rate.
La pesée est réalisée par un ensemble de trois pesons ou capteurs de pesée commercialisé sous la dénomination F60X100 sous la marque SCAIME. L'étalonnage de ces pesons a conduit à une incertitude de 0,005% de la mesure. Leur résolution est donnée par le fabricant à 27 grammes. Des tests au laboratoire ont montré une résolution effective de l'ordre de 45 grammes.  The weighing is carried out by a set of three load cells or weighing sensors sold under the name F60X100 under the trademark SCAIME. Calibration of these load cells led to an uncertainty of 0.005% of the measurement. Their resolution is given by the manufacturer at 27 grams. Tests in the laboratory showed an effective resolution of about 45 grams.
Lors d'un essai d'injection, la poudre récoltée en sortie d'injecteur 3 est pesée au cours du temps.  During an injection test, the powder harvested at the injector outlet 3 is weighed over time.
La figure 3 montre la courbe de la masse de poudre récoltée en fonction du temps. Comme visible, cette courbe est une droite parfaite. La parfaite linéarité de l'évolution masse en fonction du temps traduit la stabilité du débit.  Figure 3 shows the curve of the mass of powder harvested as a function of time. As visible, this curve is a perfect line. The perfect linearity of mass evolution as a function of time reflects flow stability.
Le débit est donc déduit de la pente du signal. Il est à noter que pour un débit de 50 Kg/h, la résolution de mesure des pesons limite la réponse en fréquence du système de pesée à 0.33 Hz environ.  The flow is therefore deduced from the slope of the signal. It should be noted that for a flow rate of 50 Kg / h, the measurement resolution of the load cells limits the frequency response of the weighing system to approximately 0.33 Hz.
Sur les figures 4A et 4B, est montrée une variante avantageuse de réalisation du cône d'injection 3. Sur ces figures, on voit un tube plein 5 agencé de manière coaxiale à l'intérieur du cône d'injection 3.  FIGS. 4A and 4B show an advantageous alternative embodiment of the injection cone 3. In these figures, a solid tube 5 is shown arranged coaxially inside the injection cone 3.
Cela délimite avec l'orifice de sortie 30 un espace annulaire d'injection 6. Une injection annulaire de poudre peut être avantageuse dans bon nombre d'applications.  This defines with the outlet port 30 an annular injection space 6. An annular injection of powder may be advantageous in many applications.
En particulier, dans le cas d'une gazéification d'une poudre de bois par oxycombustion, le brûleur est de préférence alimenté en oxygène en son centre et ainsi l'injection de poudre de bois en anneau autour ne vient pas perturber le fonctionnement du brûleur.  In particular, in the case of a gasification of a wood powder by oxycombustion, the burner is preferably supplied with oxygen at its center and thus the injection of wood powder ring around does not interfere with the operation of the burner .
D'autres variantes et avantages de l'invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.  Other variants and advantages of the invention can be realized without departing from the scope of the invention.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. Références citées The invention is not limited to the examples which have just been described; it is possible in particular to combine with one another characteristics of the illustrated examples within non-illustrated variants. References cited
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Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1) d'alimentation en poudre en phase dense comportant :  A dense phase powder supply system (1) comprising:
- un dispositif de dosage (2), adapté pour doser la poudre selon un débit moyen donné;  - A dosing device (2), adapted to dose the powder at a given average flow rate;
- un dispositif d'injection (3) par gravité de la poudre sous la forme d'un tronc de cône, agencé en dessous du dispositif de dosage de sorte à recevoir par gravité la poudre dosée selon le débit moyen donné, l'angle d'ouverture et le type de matériau constitutif de la paroi du cône d'injection étant prédéterminés à partir des propriétés mécaniques de la poudre, tandis que le diamètre de l'orifice de sortie (30) du tronc de cône d'injection est prédéterminé selon la corrélation dite de Rose & Tanaka, à partir de l'équation suivante :
Figure imgf000016_0001
a gravity injection device (3) for the powder in the form of a truncated cone, arranged below the metering device so as to receive by gravity the dosed powder according to the given average flow rate, the angle of opening and the type of material constituting the wall of the injection cone being predetermined from the mechanical properties of the powder, while the diameter of the outlet orifice (30) of the truncated cone of injection is predetermined according to the so-called Rose & Tanaka correlation, from the following equation:
Figure imgf000016_0001
dans laquelle :  in which :
W : débit massique de poudre,  W: mass flow rate of powder,
k : constante qui dépend de la forme du cône,  k: constant which depends on the shape of the cone,
kP : constante qui dépend de la forme des particules de poudre, k P : constant which depends on the shape of the powder particles,
D: diamètre de l'orifice de sortie du cône,  D: diameter of the exit orifice of the cone,
pb : densité apparente de la poudre,  pb: apparent density of the powder,
dp : diamètre moyen des particules,  dp: average particle diameter,
a : coefficient expérimental de pondération, intrinsèque à la poudre, déterminé expérimentalement pour différentes poudres et à partir de plusieurs injecteurs de différents diamètres.  a: experimental coefficient of weighting, intrinsic to the powder, determined experimentally for different powders and from several injectors of different diameters.
2. Système d'alimentation (1) selon la revendication 1, comprenant un tube creux de décharge (4) de la poudre à injecter, à la sortie de l'injecteur.  2. Feeding system (1) according to claim 1, comprising a hollow discharge tube (4) of the powder to be injected at the outlet of the injector.
3. Système d'alimentation (1) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un tube plein (5) agencé de manière coaxiale à l'intérieur du cône d'injection de sorte à délimiter avec l'orifice de sortie (30) un anneau d'injection (6) dont la section correspond à celle obtenue pour le diamètre D.  3. Feeding system (1) according to claim 1 or 2, comprising a solid tube (5) arranged coaxially inside the injection cone so as to delimit with the outlet orifice (30) a injection ring (6) whose section corresponds to that obtained for the diameter D.
4. Système d'alimentation (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant un dispositif de vibration relié rigidement au cône d'injection. 4. Feeding system (1) according to one of the preceding claims, comprising a vibration device rigidly connected to the injection cone.
5. Installation de conversion thermochimique comprenant un réacteur de gazéification agencé en aval du système selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Thermochemical conversion plant comprising a gasification reactor arranged downstream of the system according to any one of the preceding claims.
6. Installation selon la revendication 5, destinée à convertir de la poudre de biomasse, le réacteur étant un réacteur de type à flux entraîné.  6. Installation according to claim 5, for converting biomass powder, the reactor being a driven flow type reactor.
7. Procédé de réalisation du système selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant les étapes suivantes :  7. Method of producing the system according to one of claims 1 to 4, comprising the following steps:
- on sélectionne une poudre dont on mesure les propriétés mécaniques, a powder is selected whose mechanical properties are measured,
- on détermine le débit moyen de la poudre à injecter dans un contenant en aval du cône, the average flow rate of the powder to be injected into a container downstream of the cone is determined,
- on détermine par calculs l'angle d'ouverture du cône d'injection à partir de la connaissance des propriétés mécaniques de la poudre et de la rugosité de la paroi du cône, ainsi que le diamètre de sortie à partir de l'équation [equ 1].  the angle of opening of the injection cone is determined by calculation from the knowledge of the mechanical properties of the powder and the roughness of the wall of the cone, as well as the exit diameter from the equation equ 1].
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