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FR3047299A1 - METHOD AND DEVICES EMPLOYING IT TO PERFORM HOMOGENEOUS PARTIAL OR TOTAL COMBUSTION - Google Patents

METHOD AND DEVICES EMPLOYING IT TO PERFORM HOMOGENEOUS PARTIAL OR TOTAL COMBUSTION Download PDF

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FR3047299A1
FR3047299A1 FR1600144A FR1600144A FR3047299A1 FR 3047299 A1 FR3047299 A1 FR 3047299A1 FR 1600144 A FR1600144 A FR 1600144A FR 1600144 A FR1600144 A FR 1600144A FR 3047299 A1 FR3047299 A1 FR 3047299A1
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FR
France
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chamber
axis
flow
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pipe
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Pending
Application number
FR1600144A
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French (fr)
Inventor
Jean Marie Gabriel Charles Lucas
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Original Assignee
Individual
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Priority to PCT/FR2017/000025 priority patent/WO2017129872A1/en
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    • 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 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • 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 
    • F23C5/00Disposition of burners with respect to the combustion chamber or to one another; Mounting of burners in combustion apparatus
    • F23C5/08Disposition of burners
    • F23C5/32Disposition of burners to obtain rotating flames, i.e. flames moving helically or spirally
    • 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 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99001Cold flame combustion or flameless oxidation processes
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé et les principales caractéristiques des dispositifs permettant de le mettre en œuvre pour obtenir une combustion à des températures aussi homogènes que possible (ce qui est une des conditions à remplir pour produire peu de NOx) et pour avoir une combustion stable même quand on cherche à oxyder partiellement ou totalement des gaz pauvres ou très pauvres. Selon l'invention, la combustion se fait dans une chambre dans laquelle on fait tourner rapidement les gaz de sorte que les gaz chauds réchauffent comburant et combustible à une température telle qu'ils puissent brûler et cela avantageusement en moins d'un tour réalisé par les gaz dans la chambre.The invention relates to a method and the main characteristics of the devices making it possible to implement it to obtain combustion at temperatures as homogeneous as possible (which is one of the conditions to be fulfilled to produce little NOx) and to have stable combustion. even when one tries to partially or totally oxidize poor or very poor gases. According to the invention, the combustion is carried out in a chamber in which the gases are rapidly rotated so that the hot gases heat the oxidant and fuel to a temperature such that they can burn, and this advantageously in less than one turn made by the gases in the room.

Description

L'invention fait partie des procédés et techniques de combustion totale ou partielle et en particulier des procédés et matériels permettant de brûler de façon homogène (c'est-à-dire sans zone particulièrement chaude comme il peut y en avoir dans une flamme) un combustible pouvant être assez pauvre (comme le sont par exemple les gaz de hauts fourneaux ou les gaz de gazéification à l'air). L'application de l'invention à une combustion homogène développée tout au long du texte qui suivra n'est pas la seule application industrielle intéressante du procédé qui peut aussi être utilisé plus généralement pour des réactions gaz-gaz, des réactions de matières en suspension dans un ou plusieurs gaz et même pour des réactions entre liquides dans lesquelles on désire homogénéiser les milieux.The invention is part of the total or partial combustion processes and techniques and in particular of the methods and materials for homogeneously burning (that is to say without a particularly hot zone, as can be in a flame). fuel can be quite poor (as are for example blast furnace gas or air gasification gas). The application of the invention to a homogeneous combustion developed throughout the following text is not the only interesting industrial application of the process which can also be used more generally for gas-gas reactions, reactions of suspended matter in one or more gases and even for reactions between liquids in which it is desired to homogenize the media.

Dans la suite, on emploiera (pour faciliter la compréhension) les termes de « combustion homogène » pour parler d'une réaction qui se fait dans un milieu le plus homogène possible à l'échelle macroscopique sur le plan des températures et des concentrations des divers constituants.In the following, we will use (to facilitate comprehension) the terms "homogeneous combustion" to speak of a reaction which is made in a medium as homogeneous as possible at the macroscopic level in terms of temperatures and concentrations of various components.

Pour obtenir une combustion stable d'un combustible aussi bien riche que pauvre, on utilise souvent des brûleurs dits à pré-mélange ou des brûleurs réalisant des mélanges entre jets plus ou moins tournants en général rendus turbulents : dans les brûleurs à pré-mélange, le combustible est mélangé de façon la plus homogène possible au comburant (par exemple de l'air) et le mélange est allumé dans une chambre de combustion. Il se développe alors une flamme par le processus habituel de propagation de front de flamme. Mais si le gaz à brûler est un gaz pauvre ou très pauvre, vu la faible teneur en composants combustibles de ce gaz, la vitesse de propagation de la flamme risque d'être faible ou très faible, ce qui risque de conduire à des flammes instables.To obtain a stable combustion of a rich as well as poor fuel, it is often used so-called pre-mix burners or burners making mixtures between more or less rotating jets generally turbulent: in the premix burners, the fuel is mixed as homogeneously as possible with the oxidant (for example air) and the mixture is ignited in a combustion chamber. It then develops a flame by the usual process of flame front propagation. But if the gas to be burned is a poor or very poor gas, given the low content of combustible components of this gas, the speed of propagation of the flame may be low or very low, which may lead to unstable flames .

Les problèmes posés par la stabilité de flamme de la combustion augmentent lorsque l'on a à faire à des gaz pauvres ou particulièrement pauvres, ce qui amène pour brûler ces gaz pauvres à des solutions particulières souvent peu satisfaisantes. Pour la combustion, par exemple des gaz de hauts-fourneaux, le réchauffage d'air dans une flamme libre peut permettre de la stabiliser. Mais cela a pour inconvénient, indépendamment d'un surcoût dû au prix de l'échangeur, d'augmenter au moins d'autant les hautes températures locales et de ce fait d'augmenter les NOx produits.The problems posed by the flame stability of combustion increase when one has to deal with poor or particularly poor gases, which leads to burn these poor gases to particular solutions often unsatisfactory. For combustion, for example blast furnace gases, reheating air in a free flame can stabilize it. But this has the disadvantage, regardless of an additional cost due to the price of the heat exchanger, to increase at least all the local high temperatures and thus to increase the NOx products.

Le souci de produire le moins possible de NOx et pour cela de diminuer les températures locales extrêmes qui se rencontrent dans les flammes de brûleurs a poussé à faire des brûleurs « bas NOx » (à méthane par exemple ou à divers hydrocarbures). Dans les brûleurs bas NOx, les fumées de combustion sont partiellement recyclées dans la flamme. L'innovation objet du présent brevet répond à divers besoins et en particulier au suivant : réaliser une combustion partielle ou totale de gaz (qui peut être pauvre du fait de sa composition, en particulier du fait d'une teneur en azote et vapeur d'eau très importantes) sans produire trop de NOx et en ayant une combustion stable. Ceci est important lorsque l'on veut brûler des gaz pauvres dont la flamme est difficile à stabiliser correctement.The desire to produce as little NOx as possible and to reduce the local extreme temperatures that occur in the flames of burners has led to "low NOx" burners (methane for example or various hydrocarbons). In low NOx burners, combustion fumes are partially recycled in the flame. The innovation object of this patent meets various needs and in particular the following: achieve a partial or total combustion of gas (which can be poor because of its composition, particularly because of a nitrogen content and vapor of very important water) without producing too much NOx and having a stable combustion. This is important when one wants to burn poor gases whose flame is difficult to stabilize properly.

Sur un plan général, la combustion en flamme conduit à l'existence de zones particulièrement chaudes (flammes) dans lesquelles la production de NOx est activée. Dans le but de limiter cette production de NOx, une technique utilisée habituellement consiste à mélanger dans la flamme des fumées issues de la zone de combustion. Le fait de mélanger des fumées au gaz à brûler et au comburant appauvrit le mélange combustible-comburant et conduit aux mêmes difficultés de stabilisation de flamme que celles auxquelles on est confronté pour la combustion de gaz pauvres.On a general level, the burning in flame leads to the existence of particularly hot zones (flames) in which the production of NOx is activated. In order to limit this production of NOx, a technique usually used consists of mixing in the flame fumes from the combustion zone. Mixing fumes with burning gas and oxidant depletes the fuel-oxidant mixture and leads to the same flame-stabilization difficulties that are encountered in burning poor gases.

Face à ces difficultés, une technique abondamment étudiée actuellement dans le but de diminuer les quantités de NOx formées au cours d'une combustion est la combustion homogène sans flamme. L'invention décrite ici permet de réaliser une combustion homogène qui a donc l'avantage d'être sans flamme et donc sans point particulièrement chaud. De plus, elle permet de réaliser de façon stable la combustion totale ou partielle de gaz même pauvres.Faced with these difficulties, a technique currently extensively studied in order to reduce the amounts of NOx formed during a combustion is the homogeneous combustion without flame. The invention described here allows a homogeneous combustion which has the advantage of being without flame and therefore without a particularly hot point. In addition, it makes it possible to stably achieve total or partial combustion of even poor gases.

Selon cette invention, le combustible et le comburant introduits dans l'espace de combustion de façon répartie sur sa longueur sont vigoureusement et rapidement mélangés à des volumes importants de fumées très chaudes car issues de la combustion qui sont très rapidement re-circulées dans l'espace de réaction essentiellement par un mouvement rotatif de l'ensemble des gaz dans cet espace. Le mélange important réalisé par la rotation des gaz, en plus de favoriser le mélange du combustible et du comburant, les réchauffe rapidement permettant d'atteindre une température suffisante pour que l'oxydation ait lieu malgré la forte dilution, et cela sans pour autant atteindre localement les températures très élevées qu'atteindrait une flamme dans ce mélange. Les températures atteintes doivent seulement être celles qui fournissent l'énergie d'activation nécessaire à la combustion homogène par contact du comburant dilué avec le combustible (dilué aussi) par le mélange.According to this invention, the fuel and the oxidant introduced into the combustion space in a distributed manner along its length are vigorously and rapidly mixed with large volumes of very hot fumes as a result of combustion which are very rapidly re-circulated in the combustion chamber. reaction space essentially by a rotary motion of all the gases in this space. The important mixture achieved by the rotation of the gases, in addition to favoring the mixing of the fuel and the oxidant, warms them up rapidly allowing to reach a sufficient temperature so that the oxidation takes place in spite of the high dilution, and that without reaching locally the very high temperatures that would reach a flame in this mixture. The temperatures reached must only be those which provide the activation energy necessary for the homogeneous combustion by contact of the diluted oxidant with the fuel (also diluted) by the mixture.

Le présent brevet présente un procédé et les dispositifs permettant de le mettre en œuvre pour réaliser la combustion homogène visée. Ce procédé et les dispositifs permettant de le mettre en œuvre s'appliquent avantageusement par exemple à l'oxydation totale ou partielle d'un gaz pauvre de gazéification à l'air auquel évidemment il ne se limite pas.The present patent discloses a method and devices for implementing it to achieve the intended homogeneous combustion. This process and the devices making it possible to use it advantageously apply, for example, to the total or partial oxidation of a lean gas gasification gas to which, of course, it is not limited.

Le procédé consiste à introduire le combustible et le comburant dans la masse de gaz à haute température tournant dans une chambre de combustion dans laquelle a lieu un écoulement circulaire dont l'axe de rotation a la même direction que la longueur de la chambre, mouvement entretenu par un moyen judicieux, éventuellement par un ventilateur résistant aux températures qui régnent dans la chambre, et/ou avantageusement par l'échange de quantité de mouvement entre le gaz qui tourne dans la chambre et le combustible et/ou le comburant injectés à des vitesses suffisantes par des orifices disposés de telle sorte que la direction des fluides injectés soit, au lieu de l'injection, dans le sens et la direction de la circulation des gaz en ce lieu. Il convient, pour que la quantité de mouvement transmise aux gaz tournant puisse vaincre les pertes de charges associées aux résistances dues à la rotation des gaz que la quantité de mouvement rajoutée par les gaz injectés soit suffisamment importante ce qui est obtenu par des vitesses importantes des gaz injectés. Il convient aussi de faire en sorte que le dispositif d'amenée des gaz injectés jusqu'aux orifices d'injection perturbe le moins possible l'écoulement des gaz.The method consists in introducing the fuel and the oxidant into the mass of high temperature gas rotating in a combustion chamber in which a circular flow takes place whose axis of rotation has the same direction as the length of the chamber, maintained motion. by a judicious means, possibly by a fan resistant to the temperatures that prevail in the chamber, and / or advantageously by the exchange of momentum between the gas that rotates in the chamber and the fuel and / or the oxidant injected at speeds sufficient by orifices arranged so that the direction of the fluids injected is, instead of injection, in the direction and direction of the flow of gas in this place. It is necessary for the momentum transmitted to the rotating gases to overcome the pressure losses associated with the resistances due to the rotation of the gases that the amount of movement added by the injected gases is sufficiently high, which is obtained by high speeds of injected gas. It should also be ensured that the device for feeding the injected gases to the injection orifices disturbs the flow of the gases as little as possible.

Le procédé prévoit aussi que l'injection se fasse par des orifices suffisamment petits pour que le mélange ait lieu avantageusement en bien moins d'un tour du gaz dans la chambre de combustion.The method also provides that the injection is made through orifices sufficiently small so that the mixing takes place advantageously in much less than one turn of the gas in the combustion chamber.

Les produits de la réaction sortent par les extrémités de la chambre ou par une bande orientée dans le sens de la longueur de la chambre.The products of the reaction exit through the ends of the chamber or by a strip oriented in the direction of the length of the chamber.

Les dispositifs permettant d'appliquer ce procédé peuvent être divers. On citera en particulier trois dispositifs qui mettent en oeuvre le procédé de l'invention : un dispositif d'élévation à haute température Qusqu'à 1000 à 1200°C) de gaz intermédiaires d'un gazéifieur à l'air de biomasse. Ce dispositif peut être un réacteur fermé, dont la forme de la surface qui limite la chambre n'est pas forcément cylindrique. Cette surface peut être de section carrée ou polyédrique ou autre, bien qu'étant avantageusement quasi-cylindrique de révolution. L'écoulement à l'intérieur de la chambre est globalement de révolution autour de l'axe de la chambre.Devices for applying this method may be various. In particular, three devices are used which implement the method of the invention: a high temperature elevation device (up to 1000 to 1200 ° C.) of intermediate gases of a biomass air gasifier. This device may be a closed reactor, the shape of the surface which limits the chamber is not necessarily cylindrical. This surface may be of square or polyhedral section or other, although being advantageously quasi-cylindrical of revolution. The flow inside the chamber is generally of revolution around the axis of the chamber.

Le dispositif peut aussi être un réacteur ouvert dans lequel la forme du réacteur est celle d'une rigole renversée de fond demi-cylindrique prolongée par des faces planes parallèles, ce qui correspond à un réacteur dont la zone de combustion est ouverte sur une autre zone de l'appareil et peut alimenter en gaz très chaud, par la périphérie de l'écoulement tournant, cette autre zone. On notera que, dans ce dispositif, l'écoulement principal reste de révolution autour de l'axe du demi-cylindre de la surface l'enveloppant partiellement.The device may also be an open reactor in which the reactor shape is that of a reversed half-cylindrical bottom channel extended by parallel flat faces, which corresponds to a reactor whose combustion zone is open to another zone. of the apparatus and can supply very hot gas, through the periphery of the rotating flow, this other zone. Note that in this device, the main flow remains of revolution about the axis of the half-cylinder of the partially surrounding surface.

Le troisième dispositif peut être appelé un brûleur à gaz pauvre que l'on peut introduire dans la chambre centrale d'une chaudière conçue pour y mettre un brûleur classique à fioul ou à gaz par exemple. A la place du brûleur classique, on introduit autour d'une canne cylindrique, le combustible. La canne est prolongée à l'intérieur de la chambre de combustion centrale et est équipée d'un ensemble de petites conduites plates qui injectent judicieusement l'air dans la chambre en apportant une quantité de mouvement qui fait tourner vigoureusement les gaz dans la chambre. Le dispositif assure une combustion homogène et produit un cylindre de gaz très chaud là où serait installée la flamme du brûleur classique. L'espace de combustion est, dans les trois cas, avantageusement délimité par une paroi cylindrique de révolution.The third device may be called a lean gas burner that can be introduced into the central chamber of a boiler designed to put a conventional burner oil or gas for example. Instead of the conventional burner, the fuel is introduced around a cylindrical cane. The cane is extended inside the central combustion chamber and is equipped with a set of small flat ducts that wisely inject the air into the chamber by providing a quantity of motion that vigorously turns the gases in the chamber. The device ensures homogeneous combustion and produces a very hot cylinder of gas where the conventional burner flame would be installed. The combustion space is, in all three cases, advantageously delimited by a cylindrical wall of revolution.

La paroi de la chambre peut être constituée de plusieurs couches : on aura par exemple à l'extérieur une couche en métal (par exemple tôle) assurant l'étanchéité et résistant suffisamment aux efforts mécaniques et aux corrosions de parois froides (dues aux condensations qui peuvent par moments survenir bien que la température de cette couche soit habituellement avantageusement maintenue telle qu'il n'y ait pas de condensation sur cette couche externe étanche). On aura ensuite par exemple, une couche d'isolant thermique avantageusement en laine réfractaire, fixée à l'intérieur de la couche précédente. On aura enfin, avantageusement, une couche de tôle plus ou moins mince d'un métal résistant à la fois à la température et aux corrosions éventuelles (dues à tel ou tel composant des gaz lorsqu'ils sont à haute température). Cette couche de tôle recouvre l'intérieur de la couche d'isolant thermique. La paroi de la chambre, dans le cas où elle est la paroi intérieure d'une chaudière, est simplement la paroi en acier de la chambre de ladite chaudière.The wall of the chamber may consist of several layers: for example, on the outside there will be a layer of metal (for example sheet metal) which provides the seal and is sufficiently resistant to mechanical stresses and corrosion of cold walls (due to condensation which may occur at times although the temperature of this layer is usually advantageously maintained such that there is no condensation on this outer layer tight). Then, for example, there will be a thermal insulation layer, advantageously made of refractory wool, fixed inside the preceding layer. Finally, it will advantageously a more or less thin metal sheet of a metal resistant to both temperature and possible corrosion (due to a particular component of the gases when they are at high temperature). This sheet metal layer covers the inside of the thermal insulation layer. The wall of the chamber, in the case where it is the inner wall of a boiler, is simply the steel wall of the chamber of said boiler.

Les injections de gaz combustible et comburant par exemple (étant noté que le combustible ou le comburant ne sont pas forcément des gaz) qui ont lieu dans le cadre des dispositifs développés dans le texte qui suit (rappelons qu'il s'agit là de cas particuliers non limitatifs) peuvent avantageusement se faire par des orifices (éventuellement fentes) disposés sur ou à l'extrémité de conduits qui amènent les gaz injectés jusqu'aux orifices d'injection. Ces injections, pour assurer la persistance de la rotation d'ensemble des gaz, doivent se faire avantageusement dans la direction qu'a l'écoulement environnant au lieu de l'injection.Injections of combustible and oxidant gases for example (being noted that the fuel or the oxidant are not necessarily gases) which take place within the framework of the devices developed in the following text (remember that these are cases non-limiting particular) can advantageously be made by orifices (optionally slots) disposed on or at the end of conduits which bring the injected gases to the injection orifices. These injections, to ensure the persistence of the overall rotation of the gases, must be advantageously in the direction that the surrounding flow instead of the injection.

Dans l'espace de réaction, ou d'élévation à haute température, cylindrique de révolution dans lequel tournent les gaz chauds, les gaz injectés doivent avoir approximativement une direction perpendiculaire à la fois au rayon et à l'axe de révolution de l'espace de réaction.In the reaction space, or elevation at high temperature, cylindrical of revolution in which the hot gases rotate, the injected gases must have approximately a direction perpendicular to both the radius and the axis of revolution of the space of reaction.

Dans la version dans laquelle les injections de comburant remplissent, comme les injections de combustible, cette condition, le combustible et le comburant peuvent être amenés aux orifices chacun de deux façons différentes : - par des conduites aplaties, situées approximativement dans des plans perpendiculaires à l'axe de la chambre, conduites dont la forme est avantageusement aérodynamique vis-à-vis de l'écoulement qui les entoure et qui sont alimentées soit à travers la paroi extérieure soit par une conduite centrale située avantageusement dans l'axe de la chambre de combustion - par une conduite, ou plusieurs tronçons de conduite, aplatie et de forme aérodynamique vis - à vis de l'écoulement qui les entoure, longitudinale parallèle à l'axe de révolution de la chambre de combustion, alimentées depuis la paroi ou depuis une conduite située avantageusement dans l'axe de la chambre par des tronçons radiaux de conduite (aplatis et de forme aérodynamique vis-à-vis de l'écoulement qui les entoure) - par des tronçons de conduite cintrés et raccordés à une conduite ou à un caisson extérieur à la chambre ou à une conduite située au centre de la chambre.In the version in which the injections of oxidant fill, as the fuel injections, this condition, the fuel and the oxidant can be brought to the orifices each in two different ways: - by flattened conduits, located approximately in planes perpendicular to the the axis of the chamber, conduits whose shape is advantageously aerodynamic vis-à-vis the flow which surrounds them and which are fed either through the outer wall or by a central pipe advantageously located in the axis of the chamber of combustion - by a pipe, or several pipe sections, flattened and aerodynamic shape vis-à-vis the flow that surrounds them, longitudinal parallel to the axis of revolution of the combustion chamber, fed from the wall or from a pipe located advantageously in the axis of the chamber by radial sections of pipe (flattened and aerodynamic shape vis-à-vis the flow around them) - bent pipe sections connected to a pipe or box outside the chamber or pipe located in the center of the chamber.

On notera que le fait que, malgré la dominance de la composante tangentielle de la vitesse dans la chambre, le flux de gaz sortant de la chambre induit une composante axiale de vitesse. C'est la composition de ces deux composantes qui définit la vitesse en les divers points. Les vitesses ne sont donc pas précisément dans un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre mais plus exactement, dans le cas d'une sortie des gaz par une extrémité de la chambre de combustion, sur une hélice à pas croissant vers la sortie dont l'axe est l'axe de la chambre. Cela peut amener à ce que les conduites aplaties amenant comburant et combustible ne soient pas exactement sur des disques mais plutôt sur des hélices.It will be noted that, despite the dominance of the tangential component of the velocity in the chamber, the flow of gas leaving the chamber induces an axial component of velocity. It is the composition of these two components that defines the speed in the various points. The speeds are therefore not precisely in a plane perpendicular to the axis of the chamber but more precisely, in the case of a gas outlet at one end of the combustion chamber, on a helix with increasing pitch towards the outlet of which the axis is the axis of the chamber. This can cause the flattened pipes carrying oxidizer and fuel to be not exactly on disks but rather on propellers.

La figure 1 représente une chambre de combustion circulaire correspondant au premier cas ci-dessus, vue en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre, dans laquelle l'injection du comburant et du combustible se font à travers la paroi extérieure par deux fentes ayant une paroi en commun. On y voit la paroi extérieure (1), la couche d'isolant (2) et la paroi intérieure (3) en tôle mince. On y voit aussi les conduites aplaties (4) qui amènent les gaz et l'air en couches planes parallèles et ayant une face commune. On y voit le bord d'attaque (5) du profil aérodynamique de ces conduites aplaties et le bord de fuite (6) par lequel sortent le combustible au centre et le comburant en couche mince sur ses deux faces. On y voit des déflecteurs (7) qui guident la lame d'air de sorte qu'elle soit bien perpendiculaire au rayon et donc dans le sens de l'écoulement général lors de sa sortie. On y voit, regroupés dans un même espace les caissons d'alimentation en combustible (8) et en air (9) alimentant les diverses conduites aplaties. On y voit le tuyau (10) qui amène l'air au caisson d'alimentation (9) qui le concerne. On y voit enfin une bride (11) qui permet de faciliter le montage et le raccordement des caissons. On y voit les tôleries (12) de fixation des brûleurs d'allumage et la conduite de départ de gaz (13).FIG. 1 represents a circular combustion chamber corresponding to the first case above, seen in section along a plane perpendicular to the axis of the chamber, in which the injection of the oxidant and the fuel are made through the outer wall by two slots having a wall in common. It shows the outer wall (1), the insulation layer (2) and the inner wall (3) thin sheet. It also shows the flattened lines (4) which bring the gases and the air in parallel plane layers and having a common face. It shows the leading edge (5) of the aerodynamic profile of these flattened pipes and the trailing edge (6) through which the fuel in the center and the oxidant in thin layer out on both sides. We see baffles (7) which guide the air space so that it is well perpendicular to the radius and thus in the direction of the general flow when it leaves. It shows, grouped together in one space the fuel supply boxes (8) and air (9) feeding the various flattened pipes. It shows the pipe (10) which brings air to the supply box (9) which concerns it. Finally, there is a flange (11) which makes it easier to assemble and connect the boxes. It shows the plates (12) for fixing the ignition burners and the gas starting line (13).

La figure 2 représente la même chambre que la figure 1, vue en coupe selon un plan axial particulier. Le fait que le pas de l'hélice des vitesses soit croissant conduit à l'augmentation progressive de l'angle par rapport à l'axe des conduites d'injection de combustible et d'air lorsqu'on se rapproche de la sortie.FIG. 2 represents the same chamber as FIG. 1, seen in section along a particular axial plane. The fact that the pitch of the speed propeller is increasing leads to the gradual increase of the angle with respect to the axis of the fuel and air injection pipes when approaching the exit.

La figure 3 est une vue en perspective d'une chambre de combustion intégrée à un dispositif correspondant au deuxième cas ci-dessus et à une configuration dans laquelle le combustible rentre par des conduits aplatis situés dans des plans perpendiculaires à l'axe de la chambre (une des formules évoquées dans la description) alors que l'air rentre par une conduite de forme aérodynamique parallèle à l'axe de la chambre et alimentée à une extrémité. On y remarquera la paroi extérieure (1), l'isolation thermique (2), la paroi intérieure (3) qui est ici de section polyédrique, plus fermée qu'un demi-cylindre, et complétée par des parois planes (14) de chaque côté. Ici, les conduites aplaties (4) sont situées dans des plans perpendiculaires à l'axe et amènent le gaz combustible à partir du caisson (8). Ici, le comburant n'est pas distribué autour des conduites amenant le combustible comme dans le cas précédent mais il est distribué le long du bord de fuite de la tôlerie (15) par une fente. Il est amené dans cette tôlerie (15) dont on notera la forme aérodynamique, par une conduite (16) d'air immergée dans l'isolation du fond de la chambre. On notera l'entrée (17) de la flamme du brûleur d'allumage dans la chambre.FIG. 3 is a perspective view of a combustion chamber integrated into a device corresponding to the second case above and to a configuration in which the fuel enters through flattened ducts located in planes perpendicular to the axis of the chamber. (One of the formulas mentioned in the description) while the air enters by an aerodynamic conduit parallel to the axis of the chamber and fed at one end. It will be noted the outer wall (1), the thermal insulation (2), the inner wall (3) which is here of polyhedral section, more closed than a half-cylinder, and completed by flat walls (14) of each side. Here, the flattened lines (4) are located in planes perpendicular to the axis and bring the fuel gas from the box (8). Here, the oxidant is not distributed around the pipes bringing the fuel as in the previous case but it is distributed along the trailing edge of the sheet metal (15) by a slot. It is brought into this sheet metal (15) whose aerodynamic shape will be noted, by an air duct (16) immersed in the insulation of the bottom of the chamber. Note the inlet (17) of the flame of the ignition burner in the chamber.

La figure 4 représente une coupe de la chambre vue en perspective sur la figure 3.FIG. 4 represents a section of the chamber seen in perspective in FIG.

Les figures 5,6 et 7sont relatives au troisième cas décrit plus haut.Figures 5, 6 and 7 relate to the third case described above.

La figure 5 représente un brûleur à gaz pauvre (20) dans la chambre intérieure (21) d'une chaudière du commerce. On y remarquera la conduite (18) d'alimentation centrale en air, les conduits aplatis aérodynamiques (19) qui transportent et injectent l'air dans l'écoulement à partir de la conduite (18). La conduite (22) amène le combustible C tournant autour de la conduite d'alimentation centrale en air (18).Figure 5 shows a lean gas burner (20) in the inner chamber (21) of a commercial boiler. The central air supply pipe (18), the aerodynamically flattened ducts (19), which transport and inject air into the flow from the pipe (18), will be noted. The line (22) brings the fuel C rotating around the central air supply line (18).

La figure 6 représente un agrandissement des conduits aplatis et cintrés aérodynamiques (19).Figure 6 shows an enlargement of the flattened and curved aerodynamic ducts (19).

La figure 7 représente une coupe de l'une des conduites aplaties (19) qui injectent l'air dans la chambre représentée figure 5. On y remarquera la fente mince (23) par où l'air est injecté et la forme aérodynamique sommaire de la coupe.FIG. 7 represents a section of one of the flattened ducts (19) which inject the air into the chamber represented in FIG. 5. It will be noted the thin slot (23) through which the air is injected and the aerodynamic shape of the air. the cup.

La première version décrite de l'invention peut avantageusement servir dans des installations de gazéification de diverses matières et en particulier de biomasse plus ou moins humide dans laquelle elle permettra de réaliser avantageusement une chambre d'élévation à haute température des gaz intermédiaires du gazéifieur par oxydation partielle de ces gaz par de l'air.The first described version of the invention can advantageously be used in gasification plants of various materials and in particular more or less wet biomass in which it will advantageously achieve a high temperature elevation chamber of the intermediate gases of the oxidation gasifier. partial of these gases by air.

La deuxième version de l'invention décrite ci-dessus peut avantageusement servir dans des installations de gazéification de biomasse compactes et monobloc où elle permettra de réaliser avantageusement une chambre d'élévation à haute température des gaz intermédiaires du gazéifieur par oxydation partielle de ces gaz par de l'air.The second version of the invention described above can advantageously be used in compact and monobloc biomass gasification plants where it will advantageously make it possible to produce a high temperature elevation chamber for the intermediate gases of the gasifier by partial oxidation of these gases by air.

La troisième version a des applications industrielles très nombreuses dans la mesure où elle permet avantageusement de faire une post-combustion de gaz pauvre aussi bien en utilisant de l'air froid que de l'air réchauffé et en particulier de faire cette post-combustion en lieu et place d'un brûleur qui alimenterait une chaudière, ce qui rend les chaudières existantes susceptibles d'être alimentées en gaz pauvre, entre autres en gaz de gazéification à l'air de biomasse ou de charbon.The third version has a large number of industrial applications insofar as it advantageously makes it possible to post-burn lean gas both by using cold air and heated air, and in particular to make this post-combustion by Instead of a burner that would supply a boiler, making existing boilers likely to be supplied with lean gas, including gas gasification air biomass or coal.

Les applications industrielles du procédé et des dispositifs permettant de le mettre en oeuvre objets du présent brevet ne se limitent pas aux cas cités ci-dessus.The industrial applications of the process and the devices making it possible to implement it objects of the present patent are not limited to the cases cited above.

Claims (12)

Revendications 1) procédé permettant de réaliser une réaction exothermique entre plusieurs réactifs, le lieu dans lequel se déroule le procédé étant appelé chambre, procédé caractérisé en ce que : a) dans la chambre, les réactifs et les produits de la réaction sont en mouvement de rotation autour d'un axe que l'on appellera axe de la chambre, entraînés dans ce mouvement par mélange de quantité de mouvement des réactifs rentrant dans la chambre et des produits de réaction et réactifs qui y sont ou par l'usage d'un moyen mécanique de mise en rotation, la dimension de la chambre dans la direction de l'axe de rotation étant appelée longueur de la chambre et les faces de la chambre la limitant en longueur b) les réactifs sont injectés dans l'écoulement de façon répartie sur la longueur de la chambre et mélangés aux produits de réaction présents dans la chambre la vitesse de rotation du mélange dans la chambre et les caractéristiques de l'injection des réactifs dans la chambre sont telles que les réactifs sont mélangés aux produits de la réaction en moins d'un tour autour de l'axe de la chambreClaims 1) A process for carrying out an exothermic reaction between a plurality of reactants, wherein the place in which the process takes place is called a chamber, characterized in that: a) in the chamber, the reagents and the products of the reaction are in motion. rotation about an axis that will be called axis of the chamber, driven in this movement by mixing the amount of movement of the reagents entering the chamber and reaction products and reagents therein or by the use of a mechanical means of rotating, the dimension of the chamber in the direction of the axis of rotation being called the length of the chamber and the faces of the chamber limiting it in length b) the reactants are injected into the flow in a distributed manner along the length of the chamber and mixed with the reaction products present in the chamber the speed of rotation of the mixture in the chamber and the characteristics of the injection of r active in the chamber are such that the reactants are mixed with the reaction products in less than one revolution around the axis of the chamber 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les réactifs sont un combustible et un comburant, le procédé étant alors qualifié de procédé de combustion et le réacteur de chambre de combustion.2) Process according to claim 1 characterized in that the reactants are a fuel and an oxidizer, the process then being called a combustion process and the combustion chamber reactor. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les produits de réaction sortent par les extrémités de la chambre ou par une bande orientée dans le sens de la longueur de la chambre.3) Process according to any one of the preceding claims characterized in that the reaction products exit through the ends of the chamber or by a strip oriented in the direction of the length of the chamber. 4) Dispositif permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'injection dans l'écoulement d'au moins l'un des réactifs est faite par au moins une conduite de forme aérodynamique vis-à-vis de l'écoulement, que l'on appellera conduite d'introduction.4) Device for implementing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that the injection into the flow of at least one of the reactants is made by at least one aerodynamically shaped pipe vis- with respect to the flow, which will be called introduction pipe. 5) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le fluide qui passe par ladite au moins une conduite d'introduction sort de cette conduite vers l'écoulement par au moins un orifice ou fente situé sur le bord de fuite de cette conduite.5) Device according to claim 4 characterized in that the fluid which passes through said at least one introduction conduit out of this conduit to the flow by at least one orifice or slot located on the trailing edge of this pipe. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisé en ce qu'au moins une des conduites d'introduction injectant un réactif dans l'écoulement a une paroi commune avec au moins une conduite injectant un autre réactif dans l'écoulement.6) Device according to any one of claims 4 and 5 characterized in that at least one of the introduction pipes injecting a reagent into the flow has a common wall with at least one pipe injecting another reagent into the flow . 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'au moins un tronçon d'une conduite d'introduction est soit parallèle à l'axe de la chambre, soit approximativement perpendiculaire à l'axe de la chambre.7) Device according to any one of claims 4 to 6 characterized in that at least one section of an introduction pipe is either parallel to the axis of the chamber, or approximately perpendicular to the axis of the chamber . 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce qu'une ou plusieurs conduites d'introduction sont alimentées soit directement soit par l'intermédiaire d'au moins une conduite de forme aérodynamique vis-à-vis de l'écoulement.8) Device according to any one of claims 4 to 7 characterized in that one or more introduction lines are fed either directly or via at least one aerodynamically shaped pipe vis-à-vis the 'flow. 9) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'au moins une conduite d'alimentation est située approximativement dans l'axe de la chambre.9) Device according to claim 8 characterized in that at least one supply line is located approximately in the axis of the chamber. 10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 9 caractérisé en ce qu'au moins certaines conduites d'introduction sont cintrées pour faciliter le passage des réactifs de la conduite qui alimente ces conduites d'introduction à ces conduites d'introduction.10) Device according to any one of claims 8 to 9 characterized in that at least some introduction pipes are bent to facilitate the passage of reagents from the pipe which feeds these introduction lines to these introduction lines. 11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10 caractérisé en ce que ladite au moins une conduite d'introduction ainsi que, dans le cas où il y en a, les conduites alimentant cette conduite d'introduction, forment un ensemble pouvant être enfilé dans la chambre de combustion d'une chaudière par l'orifice réservé à l'installation d'un brûleur classique, de sorte que cet ensemble puisse être facilement substitué à un brûleur.11) Device according to any one of claims 4 to 10 characterized in that said at least one introduction pipe and, in the case where there is, the pipes feeding this introduction pipe, form an assembly that it can be passed into the combustion chamber of a boiler through the orifice reserved for the installation of a conventional burner, so that this assembly can be easily substituted for a burner. 12) Dispositif de gazéification caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une des revendications 4 à 10.12) Gasification device characterized in that it comprises a device according to one of claims 4 to 10.
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