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L'invention est relative à un procédé et à des dispositifs de com- bustion convenant à la mise en oeuvre de ce procédé, ce dernier comprenant la combustion partielle pour la gazéification d'un combustible (combustion à laquelle l'invention s'applique tout particulièrement) en vue d'obtenir un gaz combustible ; elleconcerne également certains procédés et fours mé- tallurgiques ainsi qu'un procédé et une chambre de combustion pour brûler du combustible afin d'obtenir des produits de combustion gazeux et chauds que l'on peut utiliser par exemple comme fluide actif dans des turbines à gaz et elle peut même s'étendre aux foyers de chaudières à vapeur. L'inven- tion concerne des réactions effectuées à des températures élevées et des ap- pareils convenant à ce sujet.
Pour gagner du temps (en accélérant les réactions), pour réduire les frais, pour améliorer la nature du procédé et pour d'autres raisons, il est souvent désirable de travailler à une température supérieure à 1200 et même,si possible, au-dessus de 2000 . Ainsi, pour obtenir une combustion efficace de certains combustibles et, plus particulièrement, pour faciliter les réactions faiblement exothermiques pour la gazéification de combustibles solides et liquides avec de la vapeur d'eau et des gaz contenant de l'oxy- gène, il est extrêmement important de maintenir les températures au-dessus de 1200 et on obtient généralement un gain continuel dans la vitesse de réaction quand la température augmente jusqu'au moins 1800 .
L'invention a pour but de permettre ces températures élevées tout en évitant un transfert considérable de la chaleur à la paroi de chambre de combustion. Plus la chambre de combustion est petite, plus les pertes dues à ce transfert sont importantes. Pour réduire le transfert, une paroi métallique peut être munie d'un revêtement réfractaire et calorifuge, mais si la réaction produit des scories chaudes, celle-ci attaquent et usent les matières réfractaires par érosion. On ne connaît actuellement aucun produit réfractaire qui résite longtemps à des températures très élevées en combi- naison par exemple avec l'attaque de cendres ou de scories chaudes et liqui- des de charbon.
Des parois métalliques non calorifugées doivent être refroi- dies extérieurement, par exemple refroidies à l'eau, en vue d'éviter le sur- chauffage et la perte de chaleur correspond alors à une proportion considé- rable de la chaleur totale dégagée. Les scories, obtenues à partir du com- bustible, forment une couche sur cette paroi métallique, cette couche étant solide du côté adjacent à la paroi mais à l'état fondu sur sa surface in- terne. Cette couche de scories est un bon calorifuge mais si la température est très élevée, les scories fondues s'écoulent et l'épaisseur de la cou- che reste ainsi généralement inférieure à 7,5 mm. Malgré la faible conduc- tibilité des scories, une telle couche calorifuge très mince permet encore un transfert de la chaleur à un degré très élevé aux parois.
L'invention consiste, d'une manière générale, à maintenir, par un effet centrifuge, une couche épaisse d'une matière calorifuge partiellement fondue comme un revêtement sur les parois de la chambre de combustion. Plus particulièrement et conformément à l'invention, la chambre, qui entoure 1' espace dans lequel a lieu une réaction à température élevée, est rotative et ses parois ont une forme telle qu'elles soient propres à retenir une cou- che épaisse de matières fondues, ladite chambre comprenant des moyens d'en- traînement propres à la faire tourner autour de son axe à une vitesse telle que l'on obtienne la création de la force centrifuge nécessaire à former et à maintenir l'épaisseur voulue de cette couche.
Jusqu'ici, la couche de @ scories avait une épaisseur de quelques millimètres alors que dans le dis- positif, établi selon l'invention, cette épaisseur est de plusieurs centi- mètres, généralement de l'ordre de 30 cm. Il est donc possible de travail- ler à des températures supérieurs à 1200 ou 1500 dans une chambre dont les
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parois portent un revêtement de cendres fondues de charbon, la couche for- mée ayant une épaisseur de l'ordre de 30 cm et sa surface interne étant à l'état de fusion et à une température qui n'est pas beaucoup inférieure à la température de réaction alors que sa surface externe est à l'état solide et à une température comparativement faible.
L'invention consiste, en outreà effectuer une réaction à une tem- pérature élevée dans un espace entouré d'une couche épaisse, qui tourne et est maintenue en place par un effet centrifuge, en une matière calorifuge qui est à l'état fondu tout au moins du côté de sa face interne.
L'expression "chambre de combustion" à été utilisée, pour définir l'invention, pour désigner la cuve dans laquelle la réaction chimique pro- ductrice de chaleur, par exemple une combustion ou une combustion partielle, a lieu= Les scories peuvent être des cendres fondes produites par la combustion du combustible. Toutefois, quand la réaction ne produit aucune matière pro- pre à former une couche calorifuge sur les parois, des cendres ou des galets en une matière réfractaire peuvent être introduits dans la chambre dans laquelle ils sont fondus par la chaleur. Certains procédés, plus spéciale- ment des procédés métallurgiques, par lesquels on n'obtient pas la forma- tion de cendres peuvent néanmoins produire une couche qui se forme sur la paroi et se solidifie partiellement, en vue d'assurer le calorifugeage.
A défaut d'un terme plus adéquat, on a adopté l'expression "scories" pour définir l'invention, cette expression visant n'importe quelle substan- ce, obtenue par la réaction, pour former une couche calorifuge sur les parois ainsi que les scories ou analogues introduites séparément dans la chambre.
Les dessins ci-ànnexés montrent, à titre d'exemple, une construc- tion particulière d'une chambre de combustion rotative à cyclone pour la combustion ou la gazéification de charbon pulvérisé.
Les figures 1 et 2 montrent, respectivement en mi-coupe verticale et en mi-coupe horizontale suivant II-II figure 1, une chambre de combus- tion établie conformément à l'invention.
La figure 3 montre un détail vu suivant la flèche III de la figure 1.
Sur les dessins, la chambre de combustion comprend un cylindre mé- tallique vertical 1 qui est ouvert à la partie centrale de sa paroi supé- rieure, la paroi supérieure la, orientée vers l'intérieur, étant suffisam- ment large pour retenir les scories afin que la couche formée ait l'épais- seur désirée à la partie supérieure (cette épaisseur pouvant être de plu- sieurs centimètres). Le bord interne de la paroi supérieure la comporte un rebord axial 1b. La paroi inférieure 1c avec ouverture centrale (cette paroi pouvant avoir la forme d'un paraboloïde mais étant montrée comme étant ccni- que), du cylindre susdit, a une section transversale allant en diminuant vers son extrémité inférieure. Cette chambre 1, en partie cylindrique et en partie conique, peut tourner autour de son axe.
A cet effet, le cylindre est supporté par un palier de butée radial, avec billes, établi autour de sa face externe, comme décrit en détail ci.-après, Le cylindre 1 est entouré d'une enveloppe extérieure 2 qui supporte le pa- lier. La partie supérieure de l'enveloppe 2 est fermée en partie, excepté aux endroits où se trouvent nécessairement les entrées d'air et de combusti- ble ainsi que la sortie des gaz, par un couvercle supérieur 3, circulaire et fixe, et par une plaque supérieure 4, circulaire, fixe et avec ouverture centrale, Au cylindre 1 sont soudés, en des points répartis le long de sa périphérie, des supports 5, faisant saillie vers l'extérieur et formés par des tôles découpées. Ces supports portent un anneau extérieur 6 formant un
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chemin de roulement du palier.
Des billes 7 sont logées entre l'anneau ex- térieur 6 et le chemin de roulement intérieur 8 pour centrer et supporter la chambre de combustion. Le chemin de roulement intérieur 8 est monté sur un anneau de support 9 fixé sur des consoles 10 logées dans l'enveloppe 2.
Pour faire tourner la chambre, un moteur électrique ou autre 11 entraîne, par un accouplement 12, l'arbre 13 qui pénètre dans l'enveloppe 2 par le presse-étoupe 14 et porte un pignon 15 engrenant avec une couronne dentée 6a fixée autour du cylindre 1. La couronne dentée 6a est montée comme faisant partie intégrante du chemin de roulement extérieur 6.
Un tube de sortie 16 est monté sur la plaque supérieure 4 et est supporté par celle-ci, ce tube 16 traversant la partie centrale de la plaque supérieure 4 et pénétrant à l'intérieur de la chambre de combustion pour servir à l'évacuation des produits gazeux. L'espace, autour du tune 16, forme un passage d'entrée annulaire pour l'air comburant admis par l'entrée 4b (figure 2). Des ailettes 22 sont fixées sur le tube 16 et sont disposées en couronne autour de celui-ci, ces ailettes étant inclinées de manière telle que l'air admis forme un tourbillon, comme visible sur la vue partielle, en dé- veloppement, de la figure 3. Sur le tube 16 est fixé un tube 23, ( de préfé- rence deux tubes 23) qui entoure ledit tube 16 et sert à l'admission de com- bustible véhicule par de l'air.
Chaque tube 23 est également incliné, comme visible sur la figure 3, de manière à constituer une entrée inclinée par la- quelle le combustible est admis en formant un tourbillon. Un joint à laby- rinthe est formé par une chicane cylindrique 4a. portée par la plaque 4 et par une chicane analogue Id fixée sur la paroi supérieure de la chambre 1.
Par une entrée 3a est admis de l'air refroidisseur qui s'écoule dans l'enve- loppe extérieure 2 vers la sortie d'air 2c. La pression d'air dans l'envelop- pe 2 peut être suffisante pour qu'elle empêche toute fuite appréciable dans l'enveloppe par le joint à labyrinthe.
La partie inférieure 2a de l'enveloppe, qui entoure la partie cor- respondante 1c de la chambre 1, a une forme conique. Un tube 17, pour la sortie des scories, est fixé au bord inférieur de la partie lc et un tube enveloppant correspondant 18 est fixé au bord inférieur de la partie infé- rieure 2a de l'enveloppe de manière à former un joint hydraulique en plon- geant dans l'eau contenue dans un collecteur de scories fixe 19, monté sur le bâti 20. On admet que la pression, régnant dans la chambre de combustion, est assez faible pour que le collecteur 19 puisse être ouvert à l'air libre et qu'il ne soit donc pas nécessaire d'avoir recours à un collecteur fermé muni de moyens pour enlever, par pompage, les scories recueillies.
L'enve- loppe 2 et le moteur 11 sont supportés par des montants faisant partie d' une structure portante 21 fixée au bâti 20. Un tube 24 (figure 2) s'étend vers le bas à côté du tube de sortie 16 et permet T'introduction, quand ce- la est nécessaire, de moyens propres à allumer le combustible contenu dans la chambre la
Pendant le fonctionnement, du charbon pulvérisé ou broyé ou tout autre combustible, véhicule par de l'air comprimé, pénètre dans la chambre 1 par les tubes 23 et forme un tourbillon autour de l'axe vertical de la chambre 1. L'alimentation principale d'air comburant se fait dans la cham- bre, suivant un tourbillon orienté dans le même sens, par l'entrée d'air 4b et cet air se mélange au combustible. Le mélange est allumé dans la chambre.
Le courant d'air, dans lequel brûle le combustible, se déplace à l'intérieur de la chambre suivant un tourbillon en spirale vers la sortie centrale for- mée par le tube 16. Les particules de cendres fondues, ainsi formées, sont projetées vers l'extérieur par la force centrifuge et forment une couche S sur les parois du cylindre 1. Cette couche peut être à l'état solide au contact de ces parois mais sa surface interne S1 reste à l'état fondu. Si le
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cylindre 1 était immobile, conformément à la pratique antérieure, la masse totale des scories fondues s'écoulerait vers le fond et tomberait dans le collecteur 19.
En faisant tourner le cylindre 1 à l'aide du moteur 11, con- formément à l'invention, les scories liquides s'étalent par l'effet de la force centrifuge, de la manière bien connue pour un liquide contenu dans un récipient tournant autour d'un axe vertical, en formant ainsi une couche dont la face interne S a la forme d'un paraboloide, La partie intérieure lc retient les scories et permet la formation d'une couche épaisse. Le bord supérieur la, orienté vers l'intérieur, est suffisamment large pour pouvoir retenir les scories afin que la couche S ait l'épaisseur voulue, celle-ci pouvant être de plusieurs centimètres.
Si le diamètre du pourtour interne du bord supérieur la est, par exemple, égal à 90 cm et si la hauteur du paraboloïde doit être de 90 cm, le cylindre 1 doit tourner à une vitesse qui ne dépasse pas de beaucoup un tour par seconde. Ces dimensions, ainsi que celles du cylindre sont choisies de manière telle que la couche ait 1' épaisseur voulue, en concordance avec le calorifugeage que l'on désire ob- tenir. Pour faciliter la formation rapide du diamètre interne nécessaire de l'espace de combustion, des scories fondues, préparées à l'avance, peuvent être versées dans la chambre. De préférence, on munit la chambre 1 d'un re- vêtement initial, en ciment ou toute autre matière réfractaire, dont l'épais- seur est inférieure à l'épaisseur totale désirée.
La couche de scories, qui se forme, peut attaquer cette matière et peut la remplacer graduellement jusqu'à ce que l'épaisseur totale du revêtement soit constituée par des scories. Quand la couche, ayant l'épaisseur voulue, est formée, les scories en excédent et à l'état liquide coulent dans l'eau contenue dans le collec- teur 19 et la vapeur d'eau, ainsi produite, pénètre dans la chambre 1. Dans le cas où la combustion dans la chambre ne forme pas une quantité apprécia- ble de scories, une certaine quantité de matières propres à former dès sco- ries, par exemple des cendres ou galets réfractaires, peut être introduite par l'entrée 4b ou avec le combustible, ces matières fondant en faisant brû- ler une certaine quantité de combustible.
Les particules de scories, ainsi formées, et qui sont assemblées sont projetées par la force centrifuge sur la paroi de la chambre pour constituér la couche épaisse S par suite de la rotation de?la chmabre. Suivant une variante, on peut recouvrir la paroi de la chambre avec du ciment ou tout autre matériau, comme expliqué plus haut, qui fond à la température de combustion. L'air refroidisseur, pénétrant dans l'enveloppe extérieure 2 par l'entrée 3a et tourbillonnant autour de la chambre de combustion, refroidit la face externe de la paroi de la chambre et maintient les paliers froids. L'air passe entre la paroi de la chambre et la paroi 2e, qui l'entoure, vers la sortie 2c.
Une certaine quantité de scories est probablement recueillie dans le tube de sortie 16 en formant une couche ayant une épaisseur comparativement faible mais, de toute façon, l'intérieur de ce tube 16 devient très chaud et sert au transfert de la cha- leur à l'air d'admission, coomparativement froid, qui passe autour de sa face externe.
L'invention n'est nullement limitée à la disposition montrée.
Ainsi, l'agencement peut être tel que les scories en excédent puissent être expulsées, par l'effet de la force centrifuge, hors de la partie supérieure de la chambre de combustion au lieu d'être déchargées par le fond. Les sco- ries peuvent déborder par-dessus le bord supérieur d'une manière continue ou d'une manière intermittente au cours d'une accélération temporaire du cy- lindre rotatif et cela, de préférence, d'une manière telle que les scories projetées par-dessus ce bord, se solidifient en petits morceaux. Ces scories tombent dans un collecteur établi à la partie supérieure de l'enveloppe ex- térieure 2. Quand les scories sont projetées par-dessus la partie supérieure, le fond de la chambre de combustion peut être complètement fermé.
Il se forme
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alors une couche calorifuge épaisse entre l'espace de combustion et le fond de la chambre.
L'invention n'est pas limitée à l'usage d'une chambre à cyclone ou à tourbillon mais peut également être appliquée à une chambre traversée par un courant d'un bout à l'autre. Dans ce cas, le cylindre rotatif verti- cal est ouvert à ses deux extrémités mais comporte à chaque extrémité un bord, orienté vers l'intérieur et tel que la, ce bord ayant une largeur suf- fisante pour que la couche de scories ait l'épaisseur désirée. Le cylindre est supporté par un palier analogue à celui décrit plus haut. L'air et le combustible sont introduits dans la chambre par des entrées ménagées dans une plaque de fond fixe autour de laquelle tourne l'extrémité inférieure du cylindre. Les gaz s'échappent par l'extrémité supérieure et ouverte du cylindre.
Les scories se déposent sur la face interne du cylindre, comme décrit plus haut. L'excédent des scories, provenant de la couche épaisse, peut tomber du fond du cylindre ou peut être projeté, par un effort centri- fuge, par-dessus le bord supérieur du cylindre dans l'enveloppe extérieure pour être recueilli et enlevé de la manière déjà décrite. L'air comburant peut former un tourbillon, ce qui a tendance à projeter les cendres vers l'extérieur sur la paroi de la chambre. Suivant une variante, les entrées d'ai: et de combustible peuvent être ménagées dans la paroi supérieure et la sortie des gaz dans le fond de la chambre.
Il est à noter que cette dernière disposition peut être modifiée de manière telle que la chambre de combustion soit horizontale et tourne autour d'un axe horizontal. Pour que la couche de scories ait un diamètre interne de 60 cm, la vitesse de la chambre doit seulement être de 60 t/m et cette vitesse peut se réduire à 35 t/m seulement dans le cas d'un diamè- tre intérieur de 180 cm.
Pour chacune des dispositions, décrites plus haut, le moteur 11 et le pignon 15 peuvent être supprimés et la chambre de combustion peut tourner par l'effet de l'air d'admission, ou le cas échéantpar celui des gaz sor- tants, agissant sur des ailettes, des aubages de turbine ou analogues, so- lidaires de la chambre rotative,
Il resulte de ce qui précède que les dispositions décrites peuvent être adaptées à l'usage de la chambre pour diverses réactions qui se font à une température élevée et dégagent-de la chaleur.
Ainsi, l'invention peut être appliquée à un procédé à température élevée pour lequel un traitement chimique fait intervenir au moins un produit, qui peut être le produit que l'on désire obtenir par ce procédé, qui est calorifuge et fond à la tempéra- ture de réaction, la couche qui entoure la chambre de combustion étant alors constituée par ce produit.
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The invention relates to a method and to combustion devices suitable for implementing this method, the latter comprising partial combustion for the gasification of a fuel (combustion to which the invention applies entirely. particularly) with a view to obtaining a combustible gas; it also relates to certain metallurgical processes and furnaces as well as to a process and a combustion chamber for burning fuel in order to obtain gaseous and hot combustion products which can be used, for example, as working fluid in gas turbines and it can even be extended to the fires of steam boilers. The invention relates to reactions carried out at elevated temperatures and to apparatus suitable therefor.
To save time (by speeding up the reactions), to reduce costs, to improve the nature of the process and for other reasons, it is often desirable to operate at a temperature above 1200 and even, if possible, above. from 2000. Thus, in order to obtain efficient combustion of certain fuels and, more particularly, to facilitate weakly exothermic reactions for the gasification of solid and liquid fuels with water vapor and gases containing oxygen, it is extremely It is important to maintain temperatures above 1200 and there is generally a continual gain in reaction rate as the temperature rises to at least 1800.
The object of the invention is to allow these high temperatures while avoiding a considerable transfer of heat to the wall of the combustion chamber. The smaller the combustion chamber, the greater the losses due to this transfer. To reduce transfer, a metal wall can be provided with a refractory and heat-insulating liner, but if the reaction produces hot slag, this will attack and erode the refractories. No refractory material is currently known which resists very high temperatures for a long time in combination, for example, with the attack of hot and liquid coal ash or slag.
Non-insulated metal walls must be cooled on the outside, for example cooled with water, in order to avoid overheating and the heat loss then corresponds to a considerable proportion of the total heat released. The slag, obtained from the fuel, forms a layer on this metal wall, this layer being solid on the side adjacent to the wall but in the molten state on its internal surface. This slag layer is a good heat insulator, but if the temperature is very high, the molten slag will flow out and the layer thickness thus generally remains less than 7.5 mm. Despite the low conductivity of the slag, such a very thin heat insulating layer still allows very high heat transfer to the walls.
The invention generally consists in maintaining, by a centrifugal effect, a thick layer of a partially molten heat-insulating material as a coating on the walls of the combustion chamber. More particularly and in accordance with the invention, the chamber which surrounds the space in which a reaction takes place at elevated temperature is rotatable and its walls have a shape such that they are suitable for retaining a thick layer of material. fuses, said chamber comprising drive means suitable for causing it to rotate around its axis at a speed such that the creation of the centrifugal force necessary to form and maintain the desired thickness of this layer is obtained.
Hitherto, the slag layer had a thickness of a few millimeters, whereas in the device established according to the invention, this thickness is several centimeters, generally of the order of 30 cm. It is therefore possible to work at temperatures above 1200 or 1500 in a chamber whose
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walls have a coating of molten coal ash, the layer formed having a thickness of the order of 30 cm and its internal surface being in the molten state and at a temperature which is not much lower than the temperature reaction while its outer surface is in the solid state and at a comparatively low temperature.
The invention further comprises carrying out a reaction at an elevated temperature in a space surrounded by a thick layer, which rotates and is held in place by a centrifugal effect, of a heat-insulating material which is in the molten state while. at least on the side of its internal face.
The expression "combustion chamber" has been used, to define the invention, to denote the vessel in which the chemical reaction which produces heat, for example combustion or partial combustion, takes place. The slag can be molten ash produced by combustion of fuel. However, when the reaction does not produce any material suitable for forming a heat insulating layer on the walls, ash or pebbles of a refractory material may be introduced into the chamber where they are melted by heat. Certain processes, more especially metallurgical processes, by which the formation of ash is not obtained, can nevertheless produce a layer which forms on the wall and partially solidifies, in order to provide thermal insulation.
For want of a more adequate term, the expression "slag" has been adopted to define the invention, this expression referring to any substance obtained by the reaction to form a heat-insulating layer on the walls as well as slag or the like introduced separately into the chamber.
The accompanying drawings show, by way of example, a particular construction of a rotary cyclone combustion chamber for the combustion or gasification of pulverized coal.
FIGS. 1 and 2 show, respectively in vertical half-section and in horizontal half-section according to II-II FIG. 1, a combustion chamber established in accordance with the invention.
Figure 3 shows a detail seen along arrow III of Figure 1.
In the drawings, the combustion chamber comprises a vertical metal cylinder 1 which is open at the central part of its upper wall, the upper wall 1a, facing inward, being sufficiently wide to retain the slag. so that the layer formed has the desired thickness at the top (this thickness may be several centimeters). The inner edge of the upper wall 1a has an axial rim 1b. The lower wall 1c with central opening (this wall possibly having the shape of a paraboloid but being shown as being ccni- cular), of the aforesaid cylinder, has a transverse section decreasing towards its lower end. This chamber 1, partly cylindrical and partly conical, can rotate around its axis.
For this purpose, the cylinder is supported by a radial thrust bearing, with balls, established around its outer face, as described in detail below. The cylinder 1 is surrounded by an outer casing 2 which supports the pa- bind. The upper part of the casing 2 is partially closed, except at the places where the air and fuel inlets as well as the gas outlet are necessarily located, by an upper cover 3, circular and fixed, and by a upper plate 4, circular, fixed and with central opening, To the cylinder 1 are welded, at points distributed along its periphery, supports 5, projecting outwardly and formed by cut sheets. These supports carry an outer ring 6 forming a
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bearing raceway.
Balls 7 are housed between the outer ring 6 and the inner raceway 8 to center and support the combustion chamber. The inner raceway 8 is mounted on a support ring 9 fixed on consoles 10 housed in the casing 2.
To rotate the chamber, an electric motor or other 11 drives, by a coupling 12, the shaft 13 which enters the casing 2 through the stuffing box 14 and carries a pinion 15 meshing with a toothed ring 6a fixed around the cylinder 1. The ring gear 6a is mounted as an integral part of the outer race 6.
An outlet tube 16 is mounted on the upper plate 4 and is supported by the latter, this tube 16 passing through the central part of the upper plate 4 and penetrating inside the combustion chamber to serve for the evacuation of the gases. gaseous products. The space around the tune 16 forms an annular inlet passage for the combustion air admitted through the inlet 4b (FIG. 2). The fins 22 are fixed to the tube 16 and are arranged in a ring around the latter, these fins being inclined in such a way that the admitted air forms a vortex, as can be seen in the partial view, in development, of the tube. FIG. 3. On the tube 16 is fixed a tube 23 (preferably two tubes 23) which surrounds said tube 16 and serves for the admission of vehicle fuel by air.
Each tube 23 is also inclined, as can be seen in FIG. 3, so as to constitute an inclined inlet through which the fuel is admitted, forming a vortex. A labyrinth seal is formed by a cylindrical baffle 4a. carried by the plate 4 and by a similar baffle Id fixed to the upper wall of the chamber 1.
Cooling air is admitted through an inlet 3a which flows into the outer casing 2 towards the air outlet 2c. The air pressure in the casing 2 may be sufficient to prevent any appreciable leakage into the casing through the labyrinth seal.
The lower part 2a of the casing, which surrounds the corresponding part 1c of the chamber 1, has a conical shape. A tube 17, for the slag outlet, is fixed to the lower edge of the part 1c and a corresponding enveloping tube 18 is fixed to the lower edge of the lower part 2a of the casing so as to form a plunge hydraulic seal. - giant in the water contained in a fixed slag collector 19, mounted on the frame 20. It is assumed that the pressure in the combustion chamber is low enough so that the collector 19 can be opened to the open air and that it is therefore not necessary to have recourse to a closed collector provided with means for removing, by pumping, the collected slag.
The casing 2 and the motor 11 are supported by uprights forming part of a supporting structure 21 fixed to the frame 20. A tube 24 (FIG. 2) extends downwards beside the outlet tube 16 and allows When necessary, the introduction of means suitable for igniting the fuel contained in the
During operation, pulverized or crushed coal or any other fuel, conveyed by compressed air, enters chamber 1 through tubes 23 and forms a vortex around the vertical axis of chamber 1. The main supply Combustion air flows into the chamber, following a vortex oriented in the same direction, through the air inlet 4b and this air mixes with the fuel. The mixture is ignited in the chamber.
The air stream, in which the fuel burns, moves inside the chamber in a spiral vortex towards the central outlet formed by tube 16. The particles of molten ash, thus formed, are projected towards outside by centrifugal force and form a layer S on the walls of cylinder 1. This layer may be in the solid state in contact with these walls but its internal surface S1 remains in the molten state. If the
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cylinder 1 was stationary, in accordance with previous practice, the total mass of molten slag would flow to the bottom and fall into collector 19.
By rotating the cylinder 1 by means of the motor 11, according to the invention, the liquid slag spreads out by the effect of centrifugal force, in the way well known for a liquid contained in a rotating vessel. around a vertical axis, thus forming a layer of which the internal face S has the shape of a paraboloid, the internal part lc retains the slag and allows the formation of a thick layer. The upper edge 1a, oriented inwardly, is sufficiently wide to be able to retain the slag so that the layer S has the desired thickness, this latter possibly being several centimeters.
If the diameter of the inner periphery of the upper edge 1a is, for example, equal to 90 cm and if the height of the paraboloid must be 90 cm, cylinder 1 must rotate at a speed which does not greatly exceed one revolution per second. These dimensions, as well as those of the cylinder, are chosen in such a way that the layer has the desired thickness, in accordance with the insulation which is desired to be obtained. To facilitate the rapid formation of the necessary internal diameter of the combustion space, molten slag, prepared in advance, can be poured into the chamber. Preferably, the chamber 1 is provided with an initial coating, made of cement or any other refractory material, the thickness of which is less than the total desired thickness.
The slag layer that forms can attack this material and can gradually replace it until the full thickness of the coating is formed by slag. When the layer, having the desired thickness, is formed, the excess slag in a liquid state flows into the water contained in the collector 19 and the water vapor thus produced enters the chamber 1. In the event that the combustion in the chamber does not form an appreciable quantity of slag, a certain quantity of material suitable for forming slag, for example refractory ash or pebbles, can be introduced through the inlet 4b or with the fuel, these materials melting by burning a certain quantity of fuel.
The slag particles, thus formed, and which are assembled are projected by centrifugal force on the wall of the chamber to constitute the thick layer S as a result of the rotation of the chamber. According to one variant, the wall of the chamber can be covered with cement or any other material, as explained above, which melts at the combustion temperature. The cooling air, entering the outer casing 2 through the inlet 3a and swirling around the combustion chamber, cools the outer face of the wall of the chamber and keeps the bearings cold. The air passes between the wall of the chamber and the wall 2e, which surrounds it, towards the outlet 2c.
A certain quantity of slag is probably collected in the outlet tube 16 forming a layer having a comparatively small thickness, but in any case the interior of this tube 16 becomes very hot and serves for the transfer of heat to the outlet. coomparatively cold intake air which passes around its outer face.
The invention is in no way limited to the arrangement shown.
Thus, the arrangement may be such that the excess slag can be expelled, by the effect of centrifugal force, out of the upper part of the combustion chamber instead of being discharged from the bottom. The slag can spill over the top edge continuously or intermittently during temporary acceleration of the rotary cylinder and preferably in such a way that the slag is thrown out. over this edge solidify into small pieces. This slag falls into a collector established at the top of the outer casing 2. When the slag is thrown over the top, the bottom of the combustion chamber can be completely closed.
It forms
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then a thick heat-insulating layer between the combustion space and the bottom of the chamber.
The invention is not limited to the use of a cyclone or vortex chamber, but can also be applied to a chamber through which a current flows from end to end. In this case, the vertical rotating cylinder is open at its two ends but has at each end an edge, oriented inwards and such as the, this edge having a width sufficient for the slag layer to have l desired thickness. The cylinder is supported by a bearing similar to that described above. Air and fuel are introduced into the chamber through inlets made in a fixed bottom plate around which the lower end of the cylinder rotates. The gases escape through the upper, open end of the cylinder.
The slag settles on the internal face of the cylinder, as described above. The excess slag, from the thick layer, may fall from the bottom of the cylinder or may be thrown, by a centrifugal force, over the upper edge of the cylinder into the outer casing to be collected and removed from the cylinder. way already described. The combustion air can form a vortex, which tends to project the ash outwards onto the wall of the chamber. According to one variant, the air and fuel inlets can be made in the upper wall and the gas outlet in the bottom of the chamber.
It should be noted that the latter arrangement can be modified so that the combustion chamber is horizontal and rotates about a horizontal axis. In order for the slag layer to have an internal diameter of 60 cm, the speed of the chamber need only be 60 rpm and this speed can be reduced to 35 rpm only in the case of an internal diameter of 180 cm.
For each of the arrangements, described above, the motor 11 and the pinion 15 can be omitted and the combustion chamber can rotate by the effect of the intake air, or where appropriate by that of the outgoing gases, acting on fins, turbine blades or the like, integral with the rotating chamber,
It follows from the foregoing that the arrangements described can be adapted to the use of the chamber for various reactions which take place at an elevated temperature and give off heat.
Thus, the invention can be applied to a high temperature process for which a chemical treatment involves at least one product, which may be the product that is desired to be obtained by this process, which is heat insulating and melts at the temperature. reaction ture, the layer which surrounds the combustion chamber then being formed by this product.