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L'invention est relative à.une installation pour foyers à combustibles solides et finement divisés, plus particulièrement pour foyers à grilles ali- mentés par projection ou comportant un lit de combustible tourbillonnant ou fluent, et elle vise l'amélioration de la post-combustion du gaz produit dans le lit de combustibles et des particules de combustibles solides évacuées, par 1' introduction secondaire dans'l'enceinte de combustion.
Suivant des propositions connues, l'air secondaire est insufflé dans l'enceinte de combustion, à partir du bord, et l'on prévoit un rétrécissement ou un étranglement de la section de l'enceinte de combustion, afin d'obtenir un bon effet de mélange.
Ces installations connues présentent l'inconvénient qui réside dans le fait que lors du soufflage de l'air on n'obtient pas une profondeur de pénétra- tion suffisante et, par suite, aucune distribution uniforme de l'air dans.l'en- ceinte de combustion. L'air s'écoulant des busses ou tuyères à jets, s'écoule plut8t vers le haut, dans le voisinage de la paroi, en filets minces, de sorte que le rétrécissement de la section de l'enceinte de combustion'ne permet pas d'obtenir un effet de mélange et une alimentation en air qui soient suffisantso
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des installations connues et de permettre, par une combustion en plusieurs phases, l'obtention d'une post-combustion rapide et complète.
La solution du'problème consiste, suivant l'invention, essentielle- ment, à éjecter l'air secondaire à partir de conduites traversant les'parois de l'enceinte de combustion pour pénétrer plus ou moins profondément, jusqu'à cer- tains points déterminés, dans cette enceinte dans laquelle elles se terminent li- brement, de sorte que les couches résistantes, voisines des bords soient traver- sées par les conduites et que l'air supplémentaire de combustion soit d'abord introduit, par les conduites, profondément,dans l'enceinte de combustion et soit en
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suit injeçté'.âve,cune.nfocwnoncamo,indrië.eàobusec'êjë.çt;
ôrirétaît réparties ré- gulièrement dans cette enceinte et le nombre de buses ainsi que les impulsions de jets étant choisis de telle manière que chaque élément d'enceinte est traversé régulièrement par les jets émis, de sorte que l'on obtient dans ladite enceinte un mélange homogène de gaz et d'air comme il n'a jamais! encore pu être 'obtenu à ce jour avec les moyens connus.
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Pour l'étranglement de l'enceinte de combustion, il est prévu de rap- procher les parois de l'enceinte de combustion de manière à former une fente de passage en forme de venturi de d'amener à cette fentè qui subdivise le foyer en une enceinte de combustion primaire et en une enceinte de post-compbustion ou de combustion secondaire, suivant la direction de l'axe central de la buse en ven- turi, de l'air secondaire à l'aide d'une ou de plusieurs rangées de buses s'éten- dant dans le sens longitudinal du passage en forme de fente, et de disposer ces buses de telle manière en amont de ce passage que les c8nes d'éjection, suscep- tibles de se couper, remplissent complètement l'ouverture de là fente.
On obtient ainsi que les élargissements de l'enceinte de combustion s'étendant au-dessus et au-dessous du rétrécissement de la section transversale, forment le diffuseur- utilisé comme enceinte de post-combustion-.et la buse mé- langeuse d'un injecteur dont l'effet de tuyère de poussée se compose des grou- pes d'injecteurs relatifs à la première enceinte de combustion et de ceux rela- tifs au passage, et cela de telle manière qu'un mélange de gaz et d'air se pro- duisant déjà dans l'enceinte de pré-combustion et s'écoulant vers le haut, subit une accélération supplémentaire et un brassage par les buses déchargeant direc- tement dans le passage, alors que ces brassages ne demandent,',pour s'accomplir, qu'une faible hauteur de brassage, réduisant la hauteur de l'enceinte de combus- tion.
Dans le cas de foyers importants, à charge spécifique élevée de la section transversale de l'enceinte de combustion, il peut être avantageux de li-
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miter de telle manière [email protected] primaire sous la grille qu'il ne se produit pratique- ment qu'une distillation du lit de combustible et que la combustion des gaz en résultant ne se fait que dans la partie de l'enceinte située au dessus.
Pour ce cas, et afin d'éviter les températures de pointe trop importantes, l'invention prévoit, suivant une autre de ses caractéristiques, d'amener l'air de combustion à la fente d'entrée au moyen de plusieurs groupes de buses superposées dans l'en- ceinte de combustion, le nombre de groupes superposés de buses dépendant de la hauteur de l'enceinte de combustion, de la teneur en gaz du combustible brûlé et de la limite que l'on désire imposer à la température maxima qui apparaito
Dans les foyers dans lesquels l'air est soufflé, par exemple à par- tir des arêtes de l'enceinte, tangentiellement par rapport à des cercles super-
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posés, disposés les uns au-dessus des autres,::'une:-,,:t!d:rme;d6'::r:'é:ra;
1't s"a."t i'Qa préférée de l'installation suivant l'invention réside dans le fait de complèter les buses éjectant uniquement de l'air secondaire tangentiellement dans le voisi- nage des cercles et à l'aide desquelles on produit une enveloppe giratoire des gaz de combustion, par un groupe de buses pour l'injection d'air secondaire, di- rigé vers le haut, afin d'alimenter en air le noyau de la colonne gazeuse, et de choisir avec des valeurs différentes pour les deux groupes de buses, la pression de l'air et la vitesse de sortie, plus particulièrement, de choisir ces valeurs de telle manière que les valeurs de la pression et de la vitesse soient plus gran- des pour les buses éjectant l'ir dans ladite direction tangentielle.
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Afin de protéger contre la carbonisation les éléments servant à ame- ner l'air, et pour limiter les températures dans l'enceinte de combustion, on pré- voit, suivant l'invention, autour des conduites servant à amener l'air, des con- duites de réfrigération, par exemple de telle manière que les conduites de ré- frigération entourent les conduites transportant l'air à la manière d'un chemi- sage double, ou dans d'autres cas d'utilisation, de manière que les conduites de réfrigération accompagnent les conduites transportant l'air auxquelles elles sont soudées, les conduites de réfrigération pouvant être disposées' avec une certaine inclinaison dans l'enceinte de combustion afin de favoriser la circulation du pro- duit de réfrigération.,,
par exemple l'eau de la chaudière.
En ...considération de ce qu'une forte limitation de la température est possible dans le cas d'un foyer à lit de combustible tourbillonnant l'invention consiste, suivant une autre de ses caractéristiques, à utiliser dans le cas de foyers à températures modérées de l'enceinte de combustion, par exemple une tem- pérature inférieure à 1000 C, à la place des conduites de réfrigération pour les conduites transportant l'air, des conduites faites avec un matériau fortement résistant à la chaleur par exemple avec des aciers ne s'écaillant pas ou avec des masses 'céramiques, ou des conduites,en acier enveloppées de masses céramiques, lesquelles conduites constituent un noyau support augmentant la résistance des conduites en céramique.
Il en,résulte une simplification de la constitution des conduites et la possibilité de donner aux buses de sortie d'air une forme quelconque adapta- ble à l'enceinte de combustion et de choisir de façon très différente la section de sortie des buses et la direction de leurs jets, de manière à adapter les buses et les jets de sortie pour obtenir un bon remplissage de l'enceinte et unbon mé- lange.
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Ces avantages se trouvent encore augmentés, si, selon une autre ca- ,ractéristique de l'invention, les buses peuvent être règlées en hauteur et/ou si elles peuvent être déplacées localement, dans la direction horizontale. Car avec la modification en hauteur des buses, rendue ainsi possible, la répartition de l'air peut être adaptée au genre de combustible utilisé et à la puissance du fo- yer, tout en permettant d'obtenir les meilleures conditions de combustion.
Il est en outre prévu de complèter les buses disposées aux extrémités des conduites par des ouvertures de passage d'air ménagée dans la paroi des con- duites et à divers niveaux, de pouvoir tourner autour de leur axe vertical les
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conduites pénétrant dans l'enceinte de combustion, et de garnir extérieurement ces conduites, sur une partie de leur longueur, d'une masse céramique afin de réchauffer l'air à admettre et d'ajuster son énergie cinétique et son effet de mélange à sa sortie dans l'enceinte de combustion.
A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et représenté au dessin an- nexé diverses formes de réalisations d'une installation conforme à l'inventiono
La figure 1 représente l'enceinte de combustion réalisé'e à la manière d'une buse en venturi et rétrécie en forme d'une fente; comportant, en amont de l'entrée de cette dernière, une rangée de buses à jets, la figure 2 est une vue en plan de la figure 1.
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La figure 3 est une enceinte de combustion comportant une fente d'en- trée de l'air dans laquelle plusieurs rangées de buses; disposées en amont, in- jectent l'air,
Les figures 4 et 5 représentent des enceintes de combustion à plu- sieurs groupes de buses qui injectent l'air dans deux ou trois sections super- posées.
Les figures 6 et 7 représentent une enceinte de combustion avec un groupe de buses communiquant aux gaz de fumée un mouvement giratoireo
Les figures 8 à 11 sont des coupes transversales de conduites refroi- dies et servant à amener l'air.
La figure 12 représente une enceinte de combustion rétrécie à la ma- nière d'un venturi et à laquelle l'air secondaire est amené par des conduites traversant la grille et faite avec des matériaux très résistants à la chaleur.
La figure 13' représente une enceinte de combustion à plusieurs grou- pes de buses servant à amener l'air secondaire et communiquant aux gaz de fumée un mouvement giratoire et ascendant, les conduites pour l'écoulement ascendant passant, également dans ce cas, à travers la grille.
La figure 14 est une coupe transversale de l'installation suivant ' la figure 13.
La figure 15 représente un foyer pour combustion à plusieurs phases avec un élément intermédiaire utilisé comme tube plongeur de l'enceinte de com- bustion et déterminant la hauteur du rétrécissement, et disposé entre 1 enceinte de pré-combustion et l'enceinte de post-combustion.
La figure 16 est une coupe transversale de l'installation suivant la figure 15.
La figure 17 représente le même mode de combustion avec une hauteur de rétrécissement s'étendant au dessus du sommet de l'enceinte de pré-combustion, en direction du diffuseur.
La figure 18 est une coupe transversale de l'installation suivant la figure 17.
Au dessus de la grille 1 (figures 1 et 2), se trouve le lit de combus- tible ou une couche tourbillonnaire 2, dans laquelle on brule totalement ou par- tiellement, ou dans laquelle on distille des combustibles solides finement divi- sés. L'enceinte de combustion 3, située au dessus du lit de combustible, compor- te des parois verticales ou inclinées vers l'extérieur, afin de freiner l'entraî- nement des particules de combustible. Dans la partie supérieure de l'enceinte de combustion de la première phase, les parois se rétrécissent à la manière d'un ven- turi et forment une fente allongée 4 à laquelle fait suite, dans le haut, l'en- ceinte de post-combustion 5 ayant la forme d'un diffuseur. Les buses alignées 6,'qui servent à éjecter l'air sont alimentées, à partir d'une conduite collectri- ce 7.
Les conduites d'alimentation 8, reliant la conduite collectrice aux buses,
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sont refroidies par des conduites réfrigérantes 9. Les conduites sont disposées avec une inclinaison favorisant la circulation du produit réfrigérante Les con- duites dé réfrigération 9 passant dans l'une des parois de l'enceinte de combus- tion, traversent entièrement cette enceinte, et sortent à travers la paroi oppo- sée de cette dernière.
Les buses sont disposées de telle manière dans l'axe central de l'en- ceinte, que les jets de sortie peuvent balayer toute la section transversale de la fente 40
A la place d'une rangée simple de buses, on peut prévoir, suivant la figure 3, une double rangée de buses 10, 11 dont les c8nes d'éjection se coupento Des conduites de réfrigération passant par l'une des parois de l'enceinte, celles 12 sont coudées aux endroits où se trouvent les buses 11 et ressortent par la pa- roi d'entrée.
Suivant la figure 4, l'air est amené aux deux niveaux différents a et b, de telle manière que les buses 13 situées au niveau inférieur a aliment en air toute la section transversale de l'enceinte de combustiono
Dans la figure 5, le nombre des plans c, d, e garnis de groupes de buses 14, 15, 16 est au nombre de 30 En vue en plan, les buses de l'ensemble des groupes sont décalées l'une par rappot à l'autre à la manière des cases d'un é- chiquier.
Les buses, dans leur ensemble, éjectent l'air complémentaire de com- bustion, avec l'effet de tuyère de poussée d'un injecteur, dans,la buse de mélange s'amincissant vers le passage qui se rétrécit, laquelle buse de mélange est for- mée par les parois limitant la fente de passage et par les parties des parois de la première enceinte de combustion faisant suite à celles limitant la fente de passage.
Suivant les figures 6 et 7, l'air est éjecté par les buses 17 sui- vant des tangentes aux cercles 18, ce qui revient à communiquer aux gaz de fumée un mouvement giratoireo Avec les jets dirigés vers le haut et dûs aux buses 19 groupées autoure de l'axe central, la partie comprise à l'intérieur de cet écou- lement circulaire est alimentée en air.
Chaque conduite 20 servant à amener l'air et se terminant par les bu- ses d'élection (figure 8) est, par la conduite 21 engagée sur la précédente, en- tourée par l'envelppe de produit de réfrigération 22. Suivant la figure 9, une conduite 23 traversée par un produit réfrigérant, par exemple l'eau de la chau- dière, est soudée en un point de la périphérie de la conduite 24 traversée par l'air. Cette dernière conduite porte, suivant la figure 10, plusieurs conduites de réfrigération 25 fixées par soudage. Suivant .la figure 11, les conduites de réfrigération sont multipliées au point de fqrmer,une couronne fermée 26 et elles sont soudées entre elles de manière que la partie intérieure 27 de cette couron- ne forme la conduite servant à amener l'air.
Par la référence 2, on a désigné dans la figure 12, un foyer dans le- quel un charbon comportant une forte proportion de produits étrangers peut être brulé à une température de 860 C du lit tourbillonnaire ou de l'enceinte de com- bustion. Dans l'enceinte de combustion 3, 5, réalisée à la manière d'un venturi, pénètrent, à travers la grille 1, des conduites verticales plus ou moins longues servar à amener l'air, conduites qui sur une partie de leur longueur sont pourvues d'une enveloppe céramique 28, de sorte que l'air amené est pré-chauffé le long des au- tres portions des conduites nues 29, faites avec un acier ne s'écaillant pas, qui forment avantageusement la dernière section des conduites s'étendant jusqu'aux extrémités de ces dernières, avant que cet air pré-chauffé ne sorte des buses 30,
31, 32 situées à des niveaux différents ; la mesure où ces buses forment 1' extrémité terminale des conduites, elles ont des formes différentes entre elles, adaptées à la ligne de fuite de la paroi de l'enceinte de combustion, et sont
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réalisées de telle manière que les sections transversales de sortie,ovales ou rectangulaires des buses et les valeurs pour la direction d'éjection sont cal- culées pour l'obtention d'une alimentation régulière en air et d'un mélange ga- zeux intime.
Les buses prévues aux extrémités des conduites sont complètées par des sorties d'air 33, 34 prévues dans la paroi des conduites, à différents ni- veaux et ayant la forme de buseso Les conduites amenant l'air sont prévues de manière à ce que la longueur située dans l'enceinte soit règlable, par exemple en les réalisant de manière à ce qu'elles puissent coulisser dans les deux sens de la direction verticale 25. De plus, toute ou partie seulement de ces condui- tes sont réalisées de manière à pivoter autour de leur axe longitudinal 36, de sorte que ces tubes'peuvent être règlés angulairement aveç leur buse.
Dans l'installation suivant les figures 13, 14, comportant des buses
17 alimentées par les conduites 37 pénétrant latéralement et horizontalement dans l'enceinte de combustion, plus'particulièrement dans le cas d'une installation pour la, production d'un écoulement circulaire 18 ou 18' des gaz de fumée, les rangées, de conduites 38 pénétrant dans l'enceinte de combustion sont raccordées à des articulations à boules 40 prévues aux sommets 39 de la paroi de l'enceinte de combustion, de sorte que les conduites peuvent, à la manière de bras basculants, prendre toute position voulue, inclinée comme en 38' sur la verticale et l'hori- zonale et être maintenues dans cette position par des moyens de serrage, et que le diamètre de l'écoulement circulaire ainsi que la valeur de l'angle du jet d'air par rapport au noyau du gaz de,
fumée peuvent être modifiés.
Dans les figures 15, 16 on a représenté un foyer pour la combustion en plusieurs phases, un élément intermédiaire déterminant une course rétrécie é- tant insérée,entre l'enceinte de pré-combustion et l'enceinte de post-combustion.
Dans l'enceinte de combustion 3 (figures 15 et 16) ayant par exemple une section carrée ou circulaire, on souffle, à travers la grille 1, de l'air, ou, dans le cas d'installation de foyer à faible charge, un mélange de gaz de fumée et d'air, à partir de la boîte à air 41, l'air où ce mélange maintenant le combustible finement divisé suivant une couche tourbillonnaire 2 flottanteo
L'enceinte de combustion est relié au diffuseur 42 par le passage rétrécit 44 for- mé par l'élément intermédiaire 43 qui a une section constante 45 sur toute la hau- teur de la distance 440 Cette section est, par exemple, diminuée à la moitié de celle correspondant au diamètre de l'enceinte de'combustion.
L'élément inter- médiaire pénètre dans l'enceinte de combustion comme un tube plongeur formant, avec l'enveloppe latérale 46 du foyer, l'espace annulaire 47 ouvert en direction de la couche tourbillonnaire et s'arrêtant au dessous'du plan déterminé par cel- le de plusieurs couronnes de buses superposées qui injectent dans l'espace annu- laire les jets les plus bas, Les axes de ces buses à jets 17, disposées dans l'enveloppe latérale du foyer, et prévues en grand nombre, sont tengent aux cer- cles imaginaires entre l'enveloppe 3 et le tube plongeur 43. La paroi de ce der- nier avec un matériau résistant à la chaleur ou entièrement, ou partiellement, avec des éléments constitutifs refroidis par eau et avec l'admission et l'évacua- tion 48, 49 pour le liquide de réfrigération.
Dans la ,paroi du tube plongeur, de préférence à la hauteur de son passage dans le diffuseur 42, on a prévu comme second groupe de buses, les buses 51 tengentes au cercle 50. Un troisième grou- pe de buées est disposé en amont de l'ouverture d'entrée de l'élément intermédiai- re 43 plongeant dans l'enceinte de combustion. Les buses 52 de ce groupe sont alimentées par l'intermédiaire de conduites 53 passant par l'enceinte de combus- tion ; ces conduites sont faites avec des tuyaux résistant à la chaleur,' sans réfrigération, ou par des tuyaux réfrigérés à l'eau et elles traversent la pa- roi 46.
Pour le premier groupe de buses 17 émettant des jets dans l'espace annulaire 47, on utilise comme moyen destiné à produire le tourbillonnement, un mélange d'air et de gaz de fumée. Suivant la charge de l'installation, la com-
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position de ce mélange varie dans de larges limites, de 100% d'air à charge maxi- ma, à une partie aussi importante' que l'on veut en gaz de fumée quand la charge est faible ou est la plus faible. Il est prévu une installation de règlage à l' aide de laquelle on peut ajuster tous les paliers intermédiaires qui sont néces- saires.
L'admission d'air et de gaz de fumée peut se faire soit après mélange préalable et injection ultérieure à travers toutes les buses 17, 51 des premier et second groupe de buses, soit encore sans mélange préalable, les buses distinc- tes d'ordre pair émettant des jets d'air, alors que celles d'ordre impair émettent des jets de gaz de fumée.
Les particules solides entraînées hors dé la couche tourbillonnaire sont aisies par le tourbillon transversal produit dans l'espace annulaire 47 par e premier groupe de buses 17. Celles de ces particules qui ne retombent pas dans la couche tourbillonnaire 2 ou qui ne sont pas éjectées, pour être réutilisées, à travers une ouverture d'évacuation (non représentée) prévue dans l'enveloppe 46 du foyer, sont soumises à la combustion dans la flamme secondaire annulaire .qui se forme, de sorte que de faibles proportions de particules solides soule- vées, n'ayant que des diamètres très faibles, peuvent traverser l'espace de com- bustion 44.
Dans ce dernier ces particules sont complètement brulées par l'air secondaire amené au rétrécissement par le groupe de buses 52 ou également par celles désignées par 51.