FR2505350A1 - Gazeificateurs de combustibles solides a lit fixe et a tirage inverse - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A POUR OBJET UN GAZEIFICATEUR DE COMBUSTIBLES SOLIDES A LIT FIXE ET A TIRAGE INVERSE. CE GAZEIFICATEUR EST DU TYPE COMPORTANT UNE CHAMBRE DE COMBUSTION VERTICALE 2 SURMONTEE D'UNE ENCEINTE DE SECHAGE 3 ET D'UN SAS 4 DE CHARGEMENT ET EQUIPEE D'UNE SOLE TOURNANTE 5 PORTANT UNE CHEMINEE AXIALE 9. L'AIR DE COMBUSTION EST INJECTE PAR DES BUSES PERIPHERIQUES 11 ET PAR DES BUSES CENTRALES 13 SITUEES A UN NIVEAU INFERIEUR. LA CHEMINEE 9 COMPORTE UN TUBE CENTRAL 14 ET DEUX TUBES COAXIAUX 19, 20 ET DE L'AIR DE REFROIDISSEMENT CIRCULE DANS LES ESPACES ANNULAIRES ENTRE CES TUBES. UNE APPLICATION EST LA PRODUCTION DE GAZ COMBUSTIBLE DESTINE A ALIMENTER UN FOYER OU DES MOTEURS A GAZ.

Description

Gazélficateurs de combustibles solides à lit fixe et à tirage inversé.

La présente invention a pour objet des gazéificateurs de combustibles solides à lit fixe et à tirage inversé.

On connaît déjà des gazéificateurs de combustibles destinés à fournir des gaz combustibles à partir de divers combustibles solides tels que du bois, du charbon végétal ou minéral, des déchets végétaux etc...

De tels gazéIficateurs sont décrits par exemple dans les brevets BE-A- 457.333, BE-A- 457.257 et BE-A- 456.978 (FORSCHUNGSANS
TALT PROF. JUNKERS) et dans la demande de brevet FR. 79/28681(PILLARD).

L'objectif de la présente invention est de perfectionner les gazéificateurs de ce type, notamment en ce qui concerne le sas d'introduction des combustibles, l'injection d'air de combustion, le refroidissement de la chambre de combustion, la sole tournante et l'évacuation des cendres.

Un gazéificateur selon l'invention est du type connu, à lit fixe et à tirage inversé, comportant une chambre de combustion verticale qui est surmontée d'une enceinte de séchage et de pyrolyse et d'un sas de chargement des combustibles, laquelle chambre de combustion est disposée au-dessus d'une sole tournante qui porte en son centre une cheminée qui est située coaxialement dans ladite chambre de combustion et qui comporte des moyens pour injecter de l'air dans ladite chambre de combustion et dans lequel la paroi de ladite chambre de combustion est entourée par un serpentin de refroidissement
La chambre de combustion d'un gazéificateur selon llin- vention comporte à la fois une injection d'air de combustion péri phérique qui est constituée par des buses périphériques qui débouchent dans la partie supérieure de ladite chambre et une injection d'air axiale qui est constituée par des buses qui sont placées au voisinage du sommet de ladite cheminée axiale, à un niveau bien in férieur à celui des buses périphériques.

La paroi de la chambre de combustion comporte une virole d'usure en acier inoxydable formée de plusieurs tronçons superposés qui peuvent être remplacés séparément et une couche de spires d'un serpentin qui entourent ladite virole, lequel serpentin est formé de plusieurs tronçons montés en parallèle entre un collecteur d'arrivée d'air frais et un collecteur de rejet de l'air réchauffé.

La cheminée axiale comporte un tube central dans lequel circule de l'air de combustion et deux tubes coaxiaux audit conduit central qui délimitent deux conduits annulaires qui communiquent entre eux à leur extrémité supérieure, et de l'air de refroidissement circule dans ces deux conduits annulaires, l'air frais montant par le conduit annulaire interneetdescendant par le conduit annulaire externe.

La cheminée axiale est fixée de façon démontable sur la sole tournante. Elle comporte un revetement constitué par une couche de béton réfractaire anti-usure de faible épaisseur.

La sole tournante comporte une ossature formée de poutrelles radiales entre lesquelles sont posées des plaques indépendantes en forme de secteurs circulaires portant un revêtement tefrac- taire anti-abrasif.

Le sas de chargement des combustibles comporte une porte inférieure qui pivote dans un plan horizontal et comporte, de plus, un levier actionné par un vérin qui maintient ladite porte fermée en appuyant au centre de celle-ci.

Le sas de chargement des combustibles comporte une double paroi verticale délimitant un espace annulaire ouvert aux deux extrémités.

Le résultat de l'invention est un gazéificateur de combustibles solides amélioré.

Grâce à l'injection d'air de combustion à deux niveaux différents, on évite une concentration de la zone la plus chaude et la gazélfication est meilleure. De plus, la zone la plus chaude est décollée de la paroi de la chambre.

Grâce au refroidissement de la paroi externe et de la cheminée centrale par une circulation d'air froid indépendante de l'air de combustion, on peut faire circuler un débit d'air de refroidissement plus important et on obtient un refroidissement plus efficace, un meilleur contrôle de la température et de la gazéification et la possibilité de refroidir même en cas de nécessité d'arrêter l'alimentation en air de combustion.

La construction de la virole qui sert de paroi interne de la chambre de combustion et de la sole tournante en éléments séparés facilite l'entretien.

La description- suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun earactère limitatif, des exemples d'un gazélficateur de combustibles solides selon l'invention.

La figure 1 est une coupe verticale axiale d'un gazéifica- teur selon l'invention.

La figure 2 est une vue de dessus de la sole tournante.

La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2.

Les figures 4 et 5 représentent des variantes de réalisation de l'évacuation des cendres.

La figure 6 représente une variante de réalisation de l'entraînement en rotation de la sole tournante.

La figure 1 représente un gazéificateur 1 de combustibles solides du type à lit de combustion fixe et à tirage inversé. Il s'agit d'un gazéIficateur industriel fixe destiné à fournir des gaz combustibles pour alimenter un foyer ou des moteurs à gaz. Cet appareil peut être également utilisé comme carbonisateur dans lequel on effectue une oxydation modérée qui transforme un combustible solide en charbon et en gaz.

Le gazéificateur 1 comporte une chambre de combustion verticale 2 d'axe z zl, qui est surmontée d'une enceinte coaxiale 3 formant une chambre de séchage et de pyrolyse du combustible.

L'enceinte 3 est surmontée d'un sas de chargement 4 permettant d'introduire les combustibles solides dans l'enceinte 2 sans fuite de gaz.

La chambre de combustion 2 est disposée au-dessus d'une sole tournante 5.

Une ouverture périphérique 6 sépare de la sole tournante le bord inférieur de la paroi de la chambre de combustion. Cette ouverture sert d'orifice de sortie des gaz qui pénètrent dans un caisson annulaire 7 entourant la chambre de combustion et qui sortent de l'appareil par un conduit 8.

La sole tournante 5 porte en son centre une cheminée 9 qui est située coaxialement dans la chambre de combustion. La paroi de la chambre de combustion 2 est entourée d'un serpentin de refroidissement 10.

Dans les gazéificateurs de ce type déjà connus, le serpentin de refroidissement 10 est parcouru de bas en haut par de l'air de combustion qui est préchauffé et qui est ensuite injecté par des buses périphériques dans le haut de la chambre de combustion.

De même, la cheminée centrale comporte à la partie inférieure une arrivée d'air de combustion froid qui est ensuite injecté dans la chambre par des buses situées au sommet de la cheminée, lequel se trouve alors sensiblement au même niveau que les buses périphériques.

Dans un gazéificateur selon l'invention, on réalise le refroidissement du serpentin 10 et de la cheminée 9 par de l'air qui n'est pas utilisé pour la combustion, de telle sorte que les deux fonctions sont séparées et qu'il est possible de refroidir plus efficacement et de continuer à refroidir même en cas d'une nécessité d'arret de l'alimentation en air de combustion.

Une partie de l'air de combustion est injecté dans le haut de la chambre de combustion par des buses d'injection radiales 11 qui sont alimentées par un collecteur annulaire 12.

Une autre partie de l'air de combustion est injecté au centre de la chambre par des buses 13 qui communiquent avec un conduit 14 situé dans l'axe de la cheminée 9, lequel conduit est alimenté en air par une arrivée d'air 15 comportant un joint tournant. Les buses 13 peuvent être situées sur un ou plusieurs niveaux.

Selon une caractéristique de l'invention, la hauteur de la cheminée 9 est inférieure à celle de la chambre de combustion et les buses centrales 13 sont situées à un niveau inférieur à celui des buses périphériques 11. Cette disposition à deux niveaux permet de mieux réduire la matière du lit, de décoller la zone chaude des parois et d'éviter une trop grande concentration de la zone la plus chaude.

La paroi de la chambre de combustion comporte une virole d'usure interne 16 en tale d'acier inoxydable. Cette virole est composée de plusieurs tronçons superposés 16a, 16b...16n qui peuvent être remplacés séparément, ce qui facilite l'entretien. La virole 16 est entourée par une couche de spires du serpentin 10. Le serpentin 10 est constitué de plusieurs tronçons. Par exemple dans le cas de la figure, il est composé de quatre tronçons 10a, 10b, 10c 10d qui sont montés en parallèle entre un collecteur 17 d'arrivée d'air frais et un collecteur 18 de sortie d'air réchauffé.

Les calories contenues dans l'air réchauffé peuvent etre récupérées dans un échangeur mais cet air réchauffé est indépendant du circuit d'air de combustion qui alimente les buses 11 et 13.

La cheminée axiale 9 comporte un tube axial 14 et deux autres tubes coaxiaux 19 et 20 qui délimitent entre eux deux conduits annulaires qui communiquent entre eux à leur extrémité supérieure.

On injecte de l'air de refroidissement dans l'extrémité inférieure du conduit annulaireinterneparun conduit 21 et un joint tournant. L'air frais monte par le conduit annulaire interne et redescend par le conduit annulaire externe dont l'extrémité est ouverte.

La construction du serpentin 10 composé de plusieurs tronçons en parallèle permet de faire circuler un fort débit d'air avec une perte de charge relativement faible et drobtenir un bon refroidissement, avec un ventilateur de refroidissement ayant une puissance relativement faible.

Le refroidissement de la cheminée centrale par un circuit aller et retour d'air de refroidissement indépendant de l'air de combustion permet d'obtenir un tres bon refroidissement de celle-ci.

La cheminée 9 comporte une bride 22 qui est fixée,de façon démontable, par exemple par des boulons 23, sur la sole tournante 5, de sorte qu'on peut sortir la cheminée centrale pour l'entretenir.

La cheminée centrale 9 comporte, en outre, un revêtement extérieur 24 qui est constitué par une couche de béton spécial anti-usure et réfractaire, ayant une épaisseur relativement faible, de l'ordre de quelques centimètres, -de sorte qu'il est bien refroidi.

Le sas de chargement 4 est une enceinte verticale comportant deux parois coaxiales 25 et 26 qui délimitent entre elles un espace annulaire 27 ouvert à ses deux extrémités. Des cales 28 maintiennent les deux enceintes centrées coaxialement.

L'extrémité supérieure du sas 4 est fermée par une pre mière porte 29 articulée autour d'un axe horizontal 30. Cette porte est manoeuvrée par un levier 31 qui est lui-même actionné par un vérin 32.

L'extrémité inférieure du sas 4 est obturée par une deuxième porte 33 qui est articulée autour d'un axe vertical 34, de sorte que la porte 33 pivote autour de ltaxe 34 en restant dans un plan horizontal et en glissant contre un siège périphérique 35 qui est découpé en forme de couteau.

Le mouvement de la porte 33 autour de l'axe 34 est commandé par un deuxième vérin non représenté.

On voit sur la figure 1 que la partie supérieure de l'enceinte cylindrique 3 comporte un évasement latéral 36 permettant le logement de la porte 33 lorsque celle-ci est ouverte.

L'équipement du sas 4 comporte > en outre, un levier 37 qui s' appuie au centre de la porte 33 lorsque celle-ci est fermée et qui maintient celle-ci appuyée de façon étanche contre le siège 35. Le levier 37 est articulé autour d'un axe 38 et il est manoeuvré par un troisième vérin 39.

La porte inférieure 33 qui se déplace dans un plan horizontal en glissant contre le siège, permet que les morceaux de combustible qui seraient restés sur la porte sont balayés par le siège et on ne risque pas le coincement d'un morceau entre la porte et le siège.

Le levier 37 qui s'appuie contre la porte 33 évite la déformation de celle-ci et produit un contact étanche de la porte sur son siège.

La double paroi 26, 27 est destinée à éviter les risques de refoulement brutal des gaz dans le sas 4. En effet, lorsqu'on a rempli le sas 4 de combustible et qu'on ouvre la porte 33, le combustible qui remplit le sas 4 forme un bouchon qui tend à créer une dépression dans le sas d'où un appel de gaz pour combler cette dépression lorsque le bouchon a franchi la porte inférieure.

L'espace annulaire 27 qui est ouvert à ses deux extrémités permet un équilibrage de pression et évite la mise en dépression du sas 4 et donc le risque d'un retour soudain des gaz dans le sas entrainant un "à-coup" de pression sur le circuit de sortie des gaz.

Les repères 40 et 41 représentent un couple émetteur récepteur de radiations, par exemple un émetteur et un récepteur de micro-ondes ou d'ultrasons, qui sont disposés en regard l'un de l'autre, de part et d'autre de l'enceinte de séchage 3, à un niveau qui correspond au niveau minimum du lit de combustible, c'est-à-dire le niveau nécessitant le chargement de l'appareil en combustible.

Le récepteur 41 reçoit le faisceau de radiations lorsque le dessus du lit l'a démasqué et il émet un signal qui peut agir sur une alarme et/ou commander automatiquement l'ouverture de la porte 33 pour recharger l'appareil. Un tel détecteur fonctionne en atmosphère chaude et corrosive plus fidèlement qu'un détecteur mécanique.

La figure 2 représente une vue de dessus de la sole 5 d'un gazélficateur selon l'invention. La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2.

La sole 5 comporte un moyeu central 42 sur lequel est soudée une ossature formée de poutrelles radiales 43 par exemple de huit poutrelles en U renversé. Sur ces poutrelles sont posées des plaques en acier indépendantes 44 ayant la forme de secteurs circulaires qui occupent l'espace situé entre deux poutrelles. Les plaques adjacentes sont séparées l'une de l'autre par-un jeu important 45 permettant une libre dilatation des plaques. Les plaques 44- sont soudées au moyeu 42. Les plaques 44 sont retenues par des fers plats 46 qui sont placés au-dessus des poutrelles 43 et des plaques 44 et qui sont fixés aux poutrelles par des tiges 47 de telle sorte qu'il y ait un jeu 48 de l'ordre de 2 mm entre les plaques 44 et les fers plats 46.

La sole 5 comporte, en outre, un revêtement 49 en béton réfractaire anti-abrasion, qui est représenté sur la figure 3 et qui est enlevé sur la figure 2. Ce revêtement 49 est composé de secteurs séparés par des joints de dilatation rayonnants 50 ayant une largeur de plusieurs millimètres.

Les plaques 44 comportent un rebord périphérique 50 relevé vers le haut ayant une épaisseur sensiblement égale à celle du revêtement 49.

Des bouts de tube équidistants 51 sont soudés à l'exte- rieur du rebord 50.

La figure 1 représente une variante, dans laquelle le rebord 50 est légèrement évasé vers l'extérieur et a une hauteur supérieure à l'épaisseur du revêtement 49, de sorte que la sole 5 présente une forme en creux. On voit sur la figure 1 un racleur fixe 52 en forme de cuillère, qui évacue les cendres à l'exterieur de la sole vers une vis sans fin de relevage 53.

La structure de la sole qui vient d'être décrite présente l'avantage de supprimer les déformations de la sole.

Pour les gazéificateurs petits et moyens, la sole tournante est entraînée par une poulie 54 calés sur un arbre creux axial 55 qui prolonge vers le bas la cheminée axiale 9. La poulie 55 est entraîné par un moteur 56.

La figure 6 représente une variante, dans le cas de gazéficateurs de grand diamètre. La sole tournante 5 comporte, sur sa face inférieure, un chemin de roulement périphérique 74 qui roule sur des galets 75.

Le nombre de galets porteurs 75 est quelconque. La face inférieure de la sole tournante 5 comporte, en outre, un chemin d'entraînement circulaire 74a, attenant ou non au chemin de roulement 74. Le chemin d'entraînement 74a est constitué par exemple par une couronne dentée conique ou cylindrique.

L'entraînement s'effectue soit par un des galets qui peut comporter un organe conique ou cylindrique qui engrène avec la couronne dentée 74a, soit par un pignon denté ou par une vis sans fin ou une roue à rochet ou tout autre système d'entraînement équivalent. Dans le cas de la figure 6, un galet 75a et un pignon 79 sont montés sur un arbre 80 entraîné par un moteur.

La figure 6 représente une cheminée axiale 9 qui est entraînée en rotation par la sole 5. La bride 22a, qui est solidaire de la cheminée, n'est pas fixée à la sole. Elle est entravée en rotation par des plots 23a qui sont solidaires du cadre de la sole.

Un jeu en hauteur el est laissé entre la face inférieure de la bride 22a et le dessus de la sole. De même, un jeu radial e2 est laissé entre le moyeu de la sole et la paroi externe.

Les cendres tombent sur une paroi inclinée 57 ou dans un cône et elles sont reprises par une vis de relevage en acier inoxydable 53 entraînée par un moteur 58. Un sas à double porte permet d'isoler le circuit d'évacuation des cendres.

La figure 4 représente une première variante de réalisation dans laquelle l'extrémité aval du conduit 59 contenant la vis 53 se déverse dans une trémie 60 à travers une première porte 61 qui pivote autour d'un axe vertical 62 sous l'action d'un vérin. La trémie 60 comporte > à son extrémité inférieure, une deuxième porte 63 actionnée par un deuxième vérin. La trémie 60 forme donc un sas qui est placé après la vis. Un levier 64 actionné par un vérin appuie au centre de la porte 61 pour la maintenir fermée de façon étanche.

La figure 5 représente une deuxième variante dans laquelle l'extrémité supérieure du conduit 59 communique avec une petite trémie 65 qui se déverse dans un cendrier 66. La trémie 65 forme un sas qui comporte une première porte 67, qui pivote autour d'un axe 68 perpendiculaire à son plan et qui est maintenue fermée par un levier 69 qui s' appuie au centre de la porte. La trémie 65 comporte une deuxième porte 70 qui obture la communication entre la trémie et le cendrier.

Selon une troisième variante qui apparaît sur la figure 1, le cendrier 66 est logé dans un caisson qui comporte une porte étanche et l'extrémité supérieure du conduit 59 communique avec ce caisson par une goulotte 72 qui est fermée par une deuxième porte 78. Dans ce cas le caisson 71 forme un sas.

Selon une autre variante représentée sur la figure 7, le sas d'évacuation des cendres comporte une première porte horizontale 81 qui pivote autour dtun axe vertical 82 et qui est maintenue fermée par un levier 83 qui s'appuie au centre de la porte.

La porte 81 est située à la sortie d'une goulotte 84 qui débouche dans une petite trémie 85 située en amont de l'entrée du conduit 59 contenant la vis 53. Le sas comporte une deuxième porte située à la sortie du conduit 59.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Gazérficateur (1) de combustibles solides à lit fixe et à tirage inversé du type comportant une chambre de combustion verticale (2) qui est surmontée d'une enceinte (3) de séchage et de pyrolyse et d'un sas (4) de chargement des combustibles, laquelle chambre de combustion est disposée au-dessus d'une sole tournante (5) qui porte en son centre une cheminée (9) qui est située coaxialement dans ladite chambre de combustion et qui comporte des moyens pour injecter de l'air dans ladite chambre de combustion et dans lequel la paroi de ladite chambre de combustion est entourée par un serpentin de refroidissement (10), caractérisé en ce que ladite chambre de combustion comporte à la fois une injection d'air de combustion périphérique qui est constituée par des buses périphériques (11) qui débouchent dans la partie supérieure de ladite chambre et une injection d'air axiale qui est constituée par des buses (13) qui sont placées au voisinage du sommet de ladite cheminée axiale (9), à un niveau inférieur à celui des buses périphériques.

2. Gazéificateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de la chambre de combustion comporte une virole d'usure (16),en acier inoxydable,formée de plusieurs tronçons superposes (16a...16n), qui peuvent être remplacés séparément et une couche de spires d'un serpentin (10) qui entourent ladite virole, lequel serpentin est formé de plusieurs tronçons (lova, 10b, 10c, 10d) montés en parallèle entre un collecteur (17) d'arrivée d'air frais et un collecteur (18) de rejet de l'air réchauffé.

3. GazéIficateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite cheminée axiale (9) comporte un tube central (14) dans lequel circule de l'air de combustion et deux tubes (19, 20) coaxiaux audit conduit central qui délimitent deux conduits annulaires qui communiquent entre eux à leur extrémité supérieure, et de l'air de refroidissement circule dans ces deux conduits annulaires, l'air frais montant par le conduit annulaire interne et descendant par le conduit annulaire externe.

4. Gazelficateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite cheminée axiale (9) est fixée, de façon démontable, sur ladite sole tournante.

5. Gazéificateur selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ladite cheminée centrale comporte un revêtement (24) constitué par une couche de béton réfractaire antiusure, de faible épaisseur.

6. Gazelficateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite sole tournante comporte une ossature formée de poutrelles radiales entre lesquelles sont posées des plaques indépendantes en forme de secteurs circulaires portant un revêtement réfractaire anti-abrasif.

7. Gazéificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit sas (4) de chargement de combustibles comporte une porte inférieure (33) qui pivote dans un plan horizontal et comporte, de plus, un levier (37) actionné par un vérin (39) qui maintient ladite porte fermée en appuyant au centre de celle-ci.

8. Gazéificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit sas (4) de chargement des combustibles comporte une double paroi verticale (25, 26) délimitant un espace annulaire (27) ouvert aux deux extrémités.

9. GazéTficateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite enceinte (3) de séchage et de pyrolyse comporte un couple émetteur (40)et récepteur (41) de radiations, placés en regard l'un de l'autre, de part et d'autre de l'en- ceinte,à un niveau qui correspond au niveau nécessitant le recharge- ment de l'appareil en combustibles.

10. Gazéificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit d'évacuation des cendres comporte une paroi inclinée ou un cône (57) situé sous ladite sole tournante (5), une vis sans fin de relevage des cendres (53), un cendrier (66) et deux portes (61,63) ou (67, 70) formant un sas d' étanchéité.

11. Gazéificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la sole tournante (5) comporte un chemin de roulement périphérique (74) qui roule sur des galets (75) et un système d'entraînement motorisé agissant sur la périphérie de la sole.