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la Procédé et dispositif pour/combustion et la gazéification..
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la combustion ou la gazéification, et a pour but d'effectuer la combustion ou la gazéification avec un rendement élevé, en même temps qu'avec une grande sécurité de service.
Le procédé pour la combustion ou la gazéification selon l'invention comporte l'utilisation de combustibles solides, en morceaux, et est caractérisé principalement par le fait que l'on fait brûler le combustible solide dans un puits comportant une ou plusieurs parois réfrigérées. De préférence, le combustible est déposé jusqu'à une hauteur
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assez élevée dans un puits relativement étroit. On obtient de cette manière des avantages importants. La combustion s'effectue avec contrôle de la temprérature par les parois réfrigérées du puits, et peut de ce fait être régularisée de la manière désirée. Comme il est indiqué de procéder à la réfrigération à l'aide de tubes remplis d'eau ou de vapeur, la cha.leur de combustion peut aisément être utili- sée de la meilleure façon.
L'invention s'applique à tous les combustibles; elle est toutefois particulièrement intéressante pour la combustion, à titre d'exemple, des immondices et des com- bustibles agglomérants, tels que les cokes schisteux et le schiste huileux.- Lors de la combustion dans les foyers du type connu jusqu'à présent de coke schisteux, par ex- emple, dont les cendres fondent à basse température, on rencontre des difficultés qui ont pour conséquence que la. température de la couche en combustion - lorsque la com- bustion est effectuée avec un excès d'air économiquement favorable, - devient si élevée qu'il se produit des mâchefer et que la couche s'agglomère.
Par contre, lorsque l'on utilise le procédé et le dispositif conformes à l'invention, les cokes schisteux peuvent être brûlés économiquement avec un rendement élevé, par exemple pour faire de la va- peur, sans que les cendres ni les scories fondent. Il de- vient de ce fait possible d'utiliser avantageusement des cokes schisteux qui sans cela seraient considérés comme rebuts.
Un exemple d'exécution d'un dispositif conforme à l'invention est représenté par les figures ci-jointes.
La fig. 1 représente une'coupe verticale dans un dispositif conforme à l'invention.
La fig. 2 représente une coupe verticale, à plus grande échelled'une partie de la paroi garnie de tubes
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du puits, à l'endroit d'un orifice de passage d'air.
La fige 3 représente, à échelle agrandie, une coupe verticale d'une partie de la paroi garnie de tubes du puits, à un endroit où la circulation de l'air est fortement freinée.
Les fig. 4 et 5 représentent une autre forme d'exécution.
La figure 1 représente en 1 une trémie d'amenée pour un combustible solide, en morceaux, par exemple du coke schisteux. A la sortie de cette trémie, le combusti- ble s'amoncelle sur une face de chute libre 2, puis tombe dans la partie supérieure étroite 4 d'un puits vertical de combustion 5, muni à sa base d'un dispositif d'évacua- tion de cendres et/ou de scories. Comme l'indique la figure, le puits 4-5 est haut, mais relativement étroit.
Sur le côté de la trémie 1 se trouve une chambre de dégazage 7, munie d'orifices d'admission d'air 8 et 9, pour l'air comburant. La partie 10 de la trémie 1, qui est du côté de cette chambre, consiste en une paroi réfri- gérée, constituée de tubes parcourus par de l'eau ou de la vapeur. La paroi tubulaire 10 est prolongée par un volet mobile 11, constitué de tubes parcourus par de l'eau ou de la vapeur, et un volet analogue 12,également constitué de tubes réfrigérés, est situé dans.l'ouverture de commu- nication de la chambre de dégazage avec la chambre princi- pale de combustion 14-15.
Les parois du puits 4-5 sont également réfrigé- rés et sont constituées de préférence à l'aide de tubes 16 remplis d'eau ou de vapeur ,reliés à des collecteurs d'eau ou de vapeur, ou à des organes analogues. Comme on le voit le mieux à la figure 3, un intervalle notable existe entre les tubes 16. Ceux-ci ,de même que les tu- bes 10 de l'exemple de réalisation représenté par la figu- re, sont horizontaux, mais des tubes verticaux ou même obliques, ou encore d'une autre configuration, peuvent
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être utilisés.
Les parois de la chambre de combustion 15 sont également revêtues de tubes d'eau ou de vapeur 17, ou bien sont réfrigérées d'une autre manière. Dans l'exemple d'exécution représenté, les tubes 17 sont verticaux, et sont reliés au collecteur 18. Les cendres tombant de la chambre de combustion 15 peuvent être retirées par l' espace 19.
L'air comburant est amené par le carneau 20, par exemple à l'aide d'un ventilateur, et traverse la partie inférieure du puits 5, remplie de cendres ou de scories, pour accéder à la chambre de répartition 21.
L'air sort de celle-ci en traversant horizontalement le puits 5; les gaz brûlés montent alors vers le haut, et traversent alors la partie la plus étroite 4 du puits, pour arriver dans la chambre 14, d'où. ils sortent par le canal 23, pour être envoyés dans une chaudière 24, ou dans tout autre appareil consommateur de chaleur.
La chambre 21 est également munie d'une entrée 25, de manière à y admettre des gaz, par exemple des gaz brûlés ou des vapeurs, (notamment de la vapeur d'eau), pour diluer l'air comburant et permettre une régularisation du processus de la combustion. Dans certains cas, le canal 25 peut être mis en communication (par l'intermé- diaire d'une soufflante, par exemple) avec l'orifice d' évacuation des gaz brûlés de la chaudière 24, de façon qu'une partie des gaz de fumées soient réintroduits dans la chambre 25 et circulent en circuit fermé dans le foyer.
Les tubes 16 sont munis avec avantage, aux ou- vertures correspondant aux volets 22, de brides 26 telles que représenté à la figure 2. Les brides peuvent être soudées directement aux tubes, et avoir une forme telle qu'ils empêchent le combustible de tomber entre les tubes 16, tout en permettant le passage de l'air comburant.
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Entre les ouvertures des volets, les tubes 16 sont avan- tageusement munis de brides soudées 27, comme le repré- sente la fig. 3, pour empêcher l'air de passer dans ces zones . De cette manière, le courant d'air passant de la chambre de distribution 21 à la chambre 15 est forcé de traverser plus ou moins horizontalement le puits de combustion 5. Un canal d'aération 28 relie directement la chambre de distribution 21 à la chambre 14 ; chambre 15 peut être pourvue d'un ou de plusieurs orifices d'en- trée d'air 29, lorsque la combustion doit s'y effectuer.
Le dispositif venant d'être décrit fonctionne comme suit :
Le combustible solide, en morceaux, par exemple du coke schisteux, est introduit par la trémie 1. Il est soumis à un échauffement préalable au moyen de la chaleur rayonnée par la chambre de dégazage 7, de sorte que les corps volatils pouvant éventuellement s'y trouver sont éliminés en partie ou totalement, lorsqu'on le désire, en vue de la poursuite du processus de la combustion.
Cette combustion se règle en agissant sur les volets ré- frigérés 11 et 12, dont la position est réglable, ainsi que de la manière habituelle, en réglant le débit d'air entrant par les orifices 8 et 9. Le volet 11 est réglé dans ce but de telle manière que le combustible ne soit pas trop échauffé, et ne commence pas à s'agglomérer. A l'aide du volet 12, on règle le débit des gaz passant de la chambre de dégazage 7 à la chambre 14. Il est avan- tageux, dans certains cas, d'introduire dans cette chambre 14 une quantité déterminée d'air secondaire, par exemple par le canal 28, pour y brûler le gaz provenant de la chambre 7.
Si le combustible 2 est soumis dans la chambre 7 au rayonnement direct des gaz brûlants,(par exemple par le
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rayonnement de la maçonnerie), les gaz dégagés par le combustible dans la trémie 1 sont également brûlés.
Le combustible échauffé au préalable et dégazé de la manière venant d'être décrite descend alors par le puits 4-5, dans lequel il brûle peu à peu. Les cendres et/ou les scories sont évacuées au bas du puits par le dispositif d'évacuation 6. Lorsque l'on fait va- rier la vitesse de celui-ci, on peut régulariser la vites- se de descente du combustible dans le puits.
L'air comburant ,froid ou réchauffé au préa- lable, entrant par le canal 20 traverse ensuite la cham- bre des cendres et la partie inférieure du puits 16, et refroidit ainsi les cendres et/ou les scories qui s'y trouvent, tout en s'échauffant lui-même. L'air comburant réchauffé- traverse alors horizontalement le puits 5, par les volets 22, et provoque la combustion du combustible qui s'y trouve. Lorsque l'on désire obtenir une combus- tion totale,on achève celle-ci dans les chambres 15 et 14, éventuellement en introduisant une quantité déterminée d' air secondaire par les ouvertures 28 et 29. Les gaz de combustion traversent horizontalement la partie 4 du puits, et sèchent et/ou échauffent (ou même dans certains cas allument) le combustible descendant lentement dans le puits.
Lorsque le dispositif est utilisé pour la produc- tion de vapeur, les gaz de combustion peuvent passer dans la chaudière 24 par le canal 23. Lorsque le dispositif est utilisé comme gazogène, le gaz produit est évacué par la conduite 23, en vue de son utilisation.
Il est souhaitable, dans certains cas, de ne faire passer qu'une partie des gaz par la, partie supérieu- re 4 du puits. Le restant des gaz est alors conduit dans une autre direction, par exemple directement vers une chau- dière à vapeur. Lorsque le combustible est humide, il peut
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être indiqué d'effectuer le séchage dans la partie supé- rieure 4 du puits, de manière à y obtenir une température de dégazage ne nécessitant pas de réfrigération supplé- mentaire.
La combustion dans le puits 4-5 s'effectue avec le combustible en contact plus ou moins direct avec les parois réfrigérées du puits, c'est-à-dire en contact avec les tubes 16. Le combustible reste alors soumis à l'action refroidissante de ces parois réfrigérées pendant la combustion, de sorte qu'il devient possible de contrô- ler et de régler la combustion comme on le désire. Lorsqu' il s'agit par exemple de coke schisteux ou d'autres com- bustibles agglomérants, on règle l'action réfrigérante de manière à ce qu'il ne se produise pas d'agglomération ni de fusion des cendres; la combustion se poursuit all alors régulièrement et de façon complète.
Une possibilité supplémentaire de réglage résulte également du fait que l' air comburant peut être dilué avec un gaz approprié;par exemple un gaz brûlé ou de la vapeur d'eau, qui est amené par le canal 25. Lorsque l'on introduit de cette manière, par le canal 25, des gaz brûlés contenant de l'anhydride carbonique, il se produit une décomposition de ce der- nier (C02) dans le puits 5, avec production d'oxyde de carbone; il en résulte une absorption de température, de sorte que la température du puits baisse. Il se produit de même une décomposition de l'eau, :..lorsque c'est de la vapeur d'eau qui est introduite par le canal 25.
Il est également possible d'introduire par ce canal un gaz inerte, par exemple de l'azote, pour diluer directement l'air com- burant, de sorte que la vitesse de combustion et par con- séquent également la température du puits 5 soient abais- sées. Dans certains cas, une partie des gaz de combustion peut être ramenée de la chaudière dans le canal 25, par l' intermédiaire d'une soufflante, de sorte que les gaz de
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combustion circulent dans l'installation), et qu'il ne reçoivent du canal 20 que la quantité d'air comburant frais correspondant à la quantité d'oxygène nécessaire à la combustion. On reconnaîtra à la lumière de ce qui précède que la combustion dans le puits 5 peut être réglée comme on le désire.
En même temps, le rendement de la combustion reste cependant élevé, étant donné que la transmission de chaleur aux tubes 16,17,10,11 et 12 est particulière- ment efficace. Le fluide traversant ces tubes, par exem- ple de l'eau ou de la vapeur, est échauffé de manière efficace . Les faisceaux de tubes 10,12,16 et 17 peuvent par conséquent avantageusement être utilisés pour la pro- duction et/ou la surchauffe de la vapeur.
Certaines modifications peuvent être apportées aux dispositifs venant d'être décrits et représentés sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Par exemple, les parois du puits 4-5 et/ou celles de la chambre de com- bustion 15 peuvent être réfrigérées autrement que par des tubes. Le refroidissement peut être prévu pour une ou pour plusieurs des parois du puits 4-5, mais de préférence pour toutes ses parois. La chambre de dégazage 7 peut être totalement supprimée. Une surface de chauffe par connection(par exemple un serpentin parcouru par de la vapeur) peut être placé dans la chambre 15).
Lorsque le puits est chargé par exemple de schiste utilisable pour la production d'huile, il est in- diqué de rendre les parois du puits étanches au gaz, tout au moins à la partie supérieure (4) du puits. Dans cette zone, le schiste est échauffé jusqu'à la température de distillation, par la chaleur de la.chambre (15) entourant le puits. Une température suffisamment élevée peut être obtenue par un foyer séparé, ou par l'utilisation directe de la chaleur qui est libérée dans lors de la distillation
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suivant la combustion des résidus de distillation.
Ceci peut par exemple être obtenu en divisant la chambre entou- rant le puits en deux parties, à l'aide d'une paroi ho- rizontale : une partie supérieure, entourant la zone de distillation, et une partie inférieure, entourant la zone de combustion du coke dans le puits. (Cette paroi horizon- tale peut alors être placée approximativement entre les zones 4 et 5 du puits). La partie inférieure 5 du puits, dans ce cas, n'est pas étanohe; de l'air comburant pour le coke y est amené.
Le gaz produit dans la zone de distillation est aspiré, par exemple par des tuyaux qui en proviennent.
Il peut dans ce but être indiqué de munir le puits d'une extension, immédiatement au-dessus de la paroi horizontale de séparation, de manière que le dégazage puisse y avoir lieu plus facilement, sans que le schiste empêche la sor- tie des gaz. Le mieux est que les tubes d'aspiration partent de la partie supérieure de ce prolongement. L' extension du puits est réalisée de préférence de manière à s'élargir vers le haut et à se rétrécir vers le bas, jusqu'à arriver à la largeur normale du puits.
Il est bien connu qu'il est avantageux, dans un procédé comme celui dont il s'agit ici, d'introduire de la vapeur. Cette vapeur peut être amenée dans le puits de distillation par exemple par des tubes de. vapeur ou d' eau, débouchant à la hauteur appropriée, de préférence dans la moitié supérieure de l'extension du puits.
Lorsque l'on doit procéder à la distillation, et que la partie 4 du puits est rendue étanche au gaz, et lorsque l'échauffement y est produit à l'aide des gaz provenant de la combustion du coke dans la partie 5 du puits, on dimensionne les surfaces réfrigérantes de la chambre 15 de manière à obtenir une température suffisam- ment élevée aux parois de la partie fermée 4 du puits
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(qui ne doit pas être refroidie dans ce cas). Le schiste est alors échauffé dans la partie 4 du puits par la dis- tillation, et est alors envoyé directement, sans déper- dition calorifique, dans la partie 5 du puits, pour y être brûlé directement, sous contrôle de la température.
Il faut s'assurer , à l'aide de dispositifs de réglage du tirage, que les gaz de distillation et les gaz brûlés circulent dans les directions correctes.
Un sas peut éventuellement être prévu entre la partie supérieure étanche du puits, et la partie inférieure, de manière à pouvoir faire passer le résidu de distilla- tion(le coke shcisteux) de la partie supérieure à la, par- tie inférieure, sans circulation, notable de gaz entre ces parties.
Des dispositifs peuvent également être prévus dans le puits,, sous forme de parties saillantes ou d'or- ganes mobiles, pour provoquer un certain brassage du com- bustible pendant son trajet de descente. Le dégazage peut être effectué parconnection ,en faisant passer de l' air dans le combustible se trouvant dans la trémie 1.
Il vient d'être décrit, dans ce qui précède, un procédé et un dispositif pour la production de gaz de combustion véhiculant de la chaleur, ou de gaz combusti- bles, par combustion de combustibles solides aggolmérants, tels que des cokes schisteux, dans lesquels la combustion de ceux-ci s'effectue dans un puits essentiellement ver- tical, suivie d'une phase finale de combustion dans une partie du puits, laquelle partie constitue avec le puits et une chambre de distribution pour l'air c@@burant, côté opposé du puits, un foyer de 'combustion, dont le mode de construction et le mode de fonctionnement ont été dé- crits dans ce qui précède.
La figure 1 ci-jointe montre que l'espace formant
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foyer est constitué de trois puits : le puits à combus- tible 5,'la chambre de combustion des gaz 15, et la cham- bre de distribution SI pour l'air comburant. On en déduit que plusieurs puits.peuvent être disposés l'un à côté de l'autre, au moins l'un. deux étant alimenté en combustible par le haut, et un deuxième servant de chambre de combus- tion des gaz. Ceci a donné lieu à la forme d'exécution représenté schématiquement aux figures 4 et 5 ci-jointes; la dernière de celles-ci représente l'ébauche d'une coupe horizontale selon la ligne V-V du foyer représenté à la figure 4, La figure 4 est une coupe verticale du foyer dont il s'agit.
Les puits 5 de droite et de gauche correspondent au puits 5 de la figure 1, et la chambre 15 comprise entre eux correspond à la chambre 15 de la figure 1.
Cette dernière, conformément à la figure 5, est de forme carrée, et comporte quatre puits, un puits étant monté le long de chacun de ses côtés. Toutes les parois sont réfrigérées, par exemple à l'aide de tubes refroidisseurs 16. Celles des parois réfrigérées des puits à combustibles qui sont situées' vis à vis de la chambre de combustion 15, constituent simultanément les parois refroidies de cette chambre de combustion. Grâce à cette possibilité de réfrigération par tous les côtés, la température peut être contrôlée aussi bien dans le puits à combustible que dans le puits@de combustion des gaz, en même temps que l'excédent de chaleur peut être récupéré.
Le combustible est introduit par les trémies 30 des puits 5, et les cendres sont évacuées par les ouver- tures manégées au fond des puits, pouvant par exemple être garnies de rouleaux. L'exécution des puits n'est pas renseignée en détails, étant donné qu'elle peut être modi- fiée selon les besoins. Lorsque.'le puits de combustion des gaz est réalisé avec le dessus fermé, il est avanta- geux que le toit soit également réfrigéré! par exemple
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à l'aide de tubes refroidisseurs.
Le puits intérieur peut être de sections trian- gula,ire ou circulaire, les puits qui l'entourent ayant une forme correspondante. Dans le dernier cas, ils sont réunis en un puits annulaire.
R E V E N D 1 0 A T 1 ON S.
I) Procédé pour la production de gaz brûlés porteurs de chaleur ou de gaz combustibles, à partir de combustibles solides, en blocs, avec transformation pra.- tiquement complète en cendres et en gaz, caractérisé en ce que le combustible est brûlé dans un puits vertical, entre deux parois opposées du puits, telles que la distance qui les sépare soit faible par rapport à la hauteur du puits, et qui sont composées en totalité ou en partie de tubes, parcourus par un fluide refroidisseur, tandis que l'air comburant est introduit dans le puits et que les gaz brûlés en sont évacués par des ouvertures prévues entre les tubes.