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Procédé et appareil pour la gazéification de combustibles solides dans dès gazogènes.
La présente invention se rapporte à des procédés et appareils au moyen desquels on peut gazéifier des combustibles solides. On peut l'obtenir, d'une manière particulièrement facile et rapide, en donnant de petites dimensions à la zone de gazéification dans un gazogène à cuve par une disposition appropriée de l'amenée et de l'évacuation de l'air et des produits de la gazéification et en a caroissant de façon correspondante la vi- tesse d'écoulement à l'intérieur de la zone de gazéification.
Par la diminution de la zone de gazéification, le gazogè-
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ne peut très bien s'adapter à des charges variables, tandis que par suite de la vitesse élevée d'écoulement dans la zone de gazéification, il se produit des températures très élevées, de sorte que le combustible est très rapidement gazéifié et que des vapeurs de goudrons, éventuellement mises en liberté, sont complètement décomposées.
Le mode de guidage des gaz à l'intérieur de la cuve présente une importance particulière pour l'opération de gazéification, car il détermine aussi bien la forme de la zone de gazéification que le la nière dont se déroule l'opération de gazéification. En premier lieu, il faut tendre à obtenir une répartition de température aussi uniforme que possible avec une limitation aussi complète que possible de la zone de gazéification, car c'est alors seulement qu'on peut également lors de variations de charge de courte durée, comme il en arrive par exemple dans la commande de véhicules, produire un gaz d'un pouvoir calorifique uniforme. Hais ce but ne peut être atteint que lorsque l'entrée de l'air et la sortie des gaz sont disposées symétriquement l'une à ltautre.
On obtient une production de gaz particulièrement rapide et uniforme lorsque, conformément à l'invention, on réalise la gazéification essentiellement de telle manière que l'air, nécessaire à la gazéification, avantageusement mélangé à de la vapeur d'eau, est apené à la cuve du gazogène - soit dans la partie centrale, soit par le coté, suivant la direction dans laquelle s'effectue la gazéification - jusqu'au goisinage de la zone de gazéification et qu'on évacue les produits de la gazéification, à partir de la cuve, près de la zone de gazéification, de façon correspondante, soit obliquement du haut vers le bas, soit dans une direction opposée, soit - en vue de donner à la zone de gazéification une forme annulaire dans le sens transversal.
On obtient ainsi une symétrie dans le guidage des gaz,une petite zone de gazéification et une vitesse élevée d'écoule-
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lement des gaz; en outre on évite qu'il se précipite de la vapeur d'eau dans la colonne de combustible se trouvait au-dessus de la zone de gazéification et que la cendre fondue qui s'écoule vienne en contact avec l'amenée d'air ou au mélange d'air et de vapeur d'eau et avec l'évacuation des produits de la gazéification. En outre, on obtient, par le procédé suivant l'invention, une gazéification rapide, une grande production etun accroissement de la souplesse de la production de gaz lors de variations de la production.
Par le guidage de l'air, ou du mélange d'air et de vapeur d'eau, et des produits de la gazéification, conformément à l'invention, il est en outre possible, non seulement de réduire ou d'accroître la zone de gazéification suivant le combustible à gazéifier dans chaque cas, mais également de prévoir plusieurs amenées pour l'air et de façon correspondante plusieurs évacuations poyr les produits de la gazéification. Le cas échéant, il peut également être prévu une amenée et plusieurs évacuations, ou inversement, ainsi que plusieurs emmenées et évacuations.
En outre, on peut donner à l'écoulement des gaz, par une disposition appropriée des amenées et évacuations, en particulier lorsqu'on donne aux conoui- tes latérales la forme d'une fente annulaire, une forme complètement de révolution autour d'un axe, de sorte qu'on obtient de façon sûre une gazéification uniforme et rapide du combustible dans la cuve.
Si l'on dispose, conformément à l'invention, l'évacuation des gaz au-dessus de l'amenée pour l'air, mélangé le cas échéan à de la vapeur d'eau, on obtient une gazéification dirigée obliquement vers le haut et vers l'intérieur, avec une zone de gazéification approximativement conique; si on intervertit, pour les conduites, les fonctions de l'entrée d'air et de la sortie des gaz, on obtient une gazéification dirigée obliquement vers le bas et vers l'extérieur. Si, au contraire, on dispose, conformément à l'invention, la conduite d'évacuation des gaz approximativement au niveau des amenées d'air, on peut
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produire une gazéification purement transversale dans la cuve du gazogène.
Par ces mesures suivant l'invention en ce qui concerne le guidage des gaz à l'intérieur de la cuve, on peut s'adapter à un haut degré aux propriétés particulières du combustible à gazéifier dans chaque cas.
L'invention est décrite ci-après de façon détaillée en référence, à titre d'exemple, à deux formes de réalisation de l'appareil:
La fig. I représente une forme de réalisation de l'appareil suivant l'invention en une vue en coupe longitudinale verticale axiale, tandis que
La fig. 2 est une vue correspondante d'une autre forme de réalisation, et
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la fig. 2.
Le gazogène suivant la fig. I comporte une cuve cylindri- que verticale I dont la partie inférieure est munie d'un re- vêtement en maçonnerie réfractaire 2. La cuve se rétrécit audessus de la zone de gazéification vers le bas, tandis qu'elle s'élargit à nouveau en-dessous de cette zone. En-dessous de la section transversale la plus étroite de la cuve se trouvent, à la périphérie intérieure de la maçonnerie 2, à distance égale l'une de l'autre, plusieurs tuyères d'entrée d'air 3, qui, en vue d'obtenir une pression ou un tirage aspirant uniforme, sont reliées entre elles par un canal annulaire 4, asses grnd, situé dans la maçonnerie 2.
L'amenée d'air au canal annulaire 4 et aux tuyères 3 a lieu par plusieurs canaux verticaux 5, qui s'élargissent en forme de tuyère à leur extrémité inférieure. En-dessous du canal annulaire 4, il est prévu, extérieurement à la cuve, un tube annulaire 6 pour l'amenée de vapeur d'eau; ce tube comporte des orifices de sortie en forme de tuyère 7, qui débouchent dans ou immédiatement devant les parties élargies des canaux 5 d'amenée d'air, de sorte que par l'action, analogue à celle d'un injecteur, du
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tirage aspirant, qui est exerce sur l'air de combustion par l'aspiration des produits de la gazéification et qui augmente et diminue par suite de façon correspondant à la charge du gazogène, la vapeur d'eau est également aspirée en une quantité appropriée.
Cette aspiration de la vapeur d'eau par l'air de combustion a par suite pour effet que les proportions du mélange de vapeur d'eau et d'air restent pratiquement invariables même pour d'assez grandes variations de la charge du gazogène.
Les différents canaux verticaux d'amenée d'air 5, et le canal annulaire 4 assurent en même temps un refroidissement efficace de la maçonnerie réfractaire 2. En outre, lors de l'utilisation du gazogène pour un véhicule, la disposition verticale des canaux d'amenée d'air, adoptée conformément à l'invention, empêche une action indésirable du vent relatif, dû à la marche, sur la répartition de l'air sur les différentes tuyères.
Si l'on emploie, pour la maçonnerie de la cuve, une matière d'une valeur particulièrement grande, par exemple de la sillimanite, on peut également renoncer au refroidissement de la maçonnerie par l'air de combustion, ,au lieu du canal annulaire 4 et des canaux verticaux 5, il suffit alors de prévoir seulement plusieurs tuyères horizontales continues 3, en avant desquelles est disposé un tube annulaire pour l'amenée de vapeur d'eau.
Pour que les tuyères 3 ne puissent pas être bouchées par des cendres fondues tombant en gouttes dans la cuve, il est prévu, sur la maçonnerie 2, au-dessus des tuyères, un larmier 8 s'étendant sur toute la circonférence de la cuve. La cendre fondue se rassemble dans le cendrier 9, qui est fermé vers le 'bas par un couvercle 10. Ce cendrier peut également être remplacé par une grille rotative avec évacuation latérale de la cendre fondue. Des mâchefers adhérant éventuellement peuvent être détachés par un trou à ringard II.
Au-dessus de la zone de gazéification est disposé, suivant l'axe de la cuve, pour l'évacuation des produits de la gazéification, un tube 12, dans lequel il règne un tirage aspirant, pro-
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venant de l'endroit d'utilisation de ces produits, c'est à dire par exemple d'un moteur à combustion interne. Pour que des particules de combustible ne soient pas entraînées par ce tirage aspirant, le tube comporte, à son extrémité inférieure, une coiffe 13, percée de nombreuses petites ouvertures. Pour maintenir libre la partie supérieure de la cuve, le tube.12 est coudé sui- vant l'horizontale à une certaine distance de la zone de gazéification et sort de la cuve par une ouverture 14.
Cette ouvertare présente avantageusement la forme d'un trou allongé, de sorte que le tube 12 d'évacuation des produits de la gazéification puisse être placé à un niveau plus haut ou plus bas.
Le tube 12 débouche - dans la position représentée en traits pleins sur la fig. I - au-dessus de 1a. couronne de tuyères 3 à une distance telle qu'il existe une zone de gazéification approximativement conique. En outre de la possibilité, qui vient d'être mentionnée, de régler la position du tube 12, celui-ci peut également être prolongé s. l'intérieur de la cuve d'une distance telle qu'il débouche approximativement au niveau des tuyères 3 (voir la position représentée en traits mixtes sur la fig.
I) . Il se forme alors une zone de gazéification de forme approximativement annulaire.
La chaleur sensible, contenue dans les produits de la gazéification, est a.ienée par le tube 12 à un échangeur de tempé- rature 15 et est ici utilisée, conformément à l'invention, pour la production de vapeur d'eau. Par ce mode de production de va- peur d'eau, on obtient, par rapport à l'utilisation de chambres de vaporisation d'eau sur la cuve, l'effet que la quantité de vapeur produite s'adapte automatiquement aux variations de charge du gazogène.
Il n'est ainsi toujours a.iené à la zone de gazéification que la quantité de vapeur d'eau qui peut être décompo- sée de façon correspondant à la température de gazéification.Après sa sortie de 1'échangeur de température 15, le eaz parvient, en passant par une installation d'épuration ( non représentée), à l'endroit d'utilisation, par exemple un moteur à combustion interne.
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Pour l'emmagasinage de l'eau pour le générateur de vapeur 15, on utilise un réservoir annulaire 16, disposé à la partie supérieure de la cuve et formé par une partie de la paroi de la cuve et par une paroi cylindrique intérieure, concentrique à la première. Du réservoir 16, l'eau s'écoule, en passant par un réservoir intermédiaire 17, dans l'échangeur de température 15.
Le réservoir intermédiaire 17 maintient à un niveau constant 3.'eau dans l'échangeur de température.
La vapeur d'eau, produite dans ce dernier, est amenée par une conduite 18 au tube répartiteur 6. On peut ajouter à la vapeur, suivant les besoins dans chaque cas, par une ouverture réglable 19 de l'échangeur de température 15, une quantité plus ou moins grande d'air secondaire pour faire varier les proportions du mélange de vapeur d'eau et d'air.
La cuve I est fermée à sa partie supérieure par un couvercle 20, qui est appliqué sur son siège par plusieurs ressorts, travaillant à la traction 21. Pour soulever le couvercle, on écarte les ressorts par des leviers à main 22.
Pour l'aspiration des produits de la gazéification, au lieu du tube unique 12, plusieurs tubes, de préférence concentriques, peuvent être disposés dans lu cuve 1 du gazogène et être amenés jusqu'au voisinage de la zone de gazéification.On peut encore réunir ces tubes, à l'intérieur de la cuve, en un tube collecteur, qu'on coude alors suivant l'horizontale et qu'on faitsortir de la cuve. En outre, il est possible, par une disposition appropriée des conduites ê contrairement à la disposition teprésentée sur la fig. 1 - de conduire la azéi- fication obliquement du Haut vers le bas et vers l'extérieur, de sorte que les produits de la gazéification soient alors aspirés par plusieurs ouvertures latérales de la cuve.
Cette gazéification d.escendante est particulièrement avantageuse dans le cas de combustibles contenant des goudrons, car les produits de la gazéification ne peuvent ainsi plus s'enrichir en vapeurs de goudrons.
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Dans l'exemple de réalisation de llinv ion suivant les
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fig.2 et 3, la cuve 23 n'est pas rétrécie par un revêtement en maçonnerie, mais par une enveloppe 24 en forme de tronc de cône, à laquelle se raccorde vers le bas, comme élargissement, un ronc de cône 25. En-dessous de la section tr ansversale la plus étroite de la cuve sont disposées, dans l'enveloppe 25, plusieurs tuyères à air horizontales 26, qui vont en s'élargise sant vers l'extérieur.
La partie étranglée de la cuve, formée par les deux troncs de cône, est entourée extérieurement par une enveloppe cylin- drique en tôle 27, qui sert au guidage d'eau de refroidissement ou d'air de refroidissement pour les tuyères. Dans le cas de refroidissement par de l'air, l'air de refroidissement en- @re par une fente de forme annulaire 28 de l'enveloppe 27, s'écoule avec une grande vitesse autour des tuyères 26 et par- vient, par une fente annulaire 29, dans un canal collecteur 30, qui - comme il ressort de la fig. 3 - présente une for..:e spirale. L'air de refroidissement peut être aspiré du canal collecteur 30 à l'air libre ou être éventuellement aspiré comme air de combustion vers le moteur.
Dans ce dernier cas, on obtient l'avantage que le moteur assure automatiquement le refroidissement des tuyères à air ; en outre, le réchauffage préalable de l'air de combustion empêche la formation de précipités dans le tube d'aspiration et dans les culasses des cylindres du moteur.Pour empêcher, lors du chauffage pour la mise en marche du gazogène ou lors de l'arrêt du moteur, un surchauffage des tuyères à air, on peut revêtir la partie étran- glée de la cuve intérieurement d'une couche mince de briques réfractaires. Le cas échéant, on peut également pulvériser ou faire ruisseler de l'eau sur les tuyères. Enfin, il est égalerient possible de raccorder le système de refroidissement à eau des tuyères au circuit de l'eau de refroidissement du mo- teur.
Pour l'amenée de la vapeur d'eau nécessaire pour la gazéi. fication, il est prévu, autour de l'enveloppe en tôle 27, un
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tube annulaire de plus grand diamètre, 31, dont les orifices de sortie, rétrécis en forme de tuyère, 32, débouchent immédiatement devant ou dans les tuyères à air 26. Par l'action, analogue à celle d'un injecteur, de l'air de combustion, la vapeur d'eau est automatiquement aspirée à partir du tube distributeur 31, de sorte qu'ici aussi, le rapport entre la vapeur d'eau et l'air reste approximativement invariable lors de variations de la charge du gazogène. L'amenée de vapeur d'eau à partir d'un générateur de vapeur, suivant la fig.
I, a lieu par une conduite 33?
Les produits de la gazéification sont aspirés par un tube 34, muni d'une coiffe 35, à partir du voisinage de la zone de gazéification. Si le tube 34 présente la longueur représentée en traits pleins sur la fig. 2, on obtient une zone de gazéification de forme conique ; s'il est prolongé, comme représenté par les lignes en traits mixtes, approximativement jusqu'au niveau d es tuyères 26, la zone de gazéification prend une forme approximativement annulaire. Dans la partie supérieure de la cuve se trouve également un réservoir de forme annulaire 36 pour l'emmagasinage de l'eau. La"cuve est fermée à sa partie supérieure par un couvercle 37.
Les cendres se formant au cours de la gazéification s e rassemblent dans la chambre 38 et sont évacuées, suivant les besoins, par une ouverture latérale 39.
Dans le gazogène suivant les fig. 2 et 3, il peut être prévu, pour l'évacuation des gaz, plusieurs tubes dans la cuve, qui peuvent être amenés jusqu'au voisinage de la zone de gazéification. En outre, on peut, dans le cas du traitement de combustibles contenant des goudrons, ici également réaliser la gazéification dans une direction opposée, c'est à dire obliquement vers le bas et vers l'extérieur.
Les gazogènes construits conformément à l'invention conviennent particulièrement pour la commande de véhicules, car ils peuvent s'adapter en un temps très court aux fortes varia-
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tions de charge se produisant toujours dans ce cas. On peut traiter avantageusement, avec la gazéification ascendante, du charbon maigre, du charbon de bois ou du se:ni-coke provenant de li- gnite ou de charbon d e terre ; par contre on peut, avec la gazéi- fication descendante, gazéifier, conformément à l'invention, du bois, des briquettes de lignite ou analogues.
Revendications s .
I/ Procédé pour la gazéification de combustibles solides dans des gazogènes, caractérisé en ceque l'air, nécessaire à la gazéification, avantageusement mélangé avec de la vapeur d'eau, est amené à la cuve du gazogène - suivant la direction de gazéification, soit dans sa partie centrale, soit par le côté jusqu'au voisinage de la zone de gazéification, et en ce que les produits de la gazéification sont évacués de la cuve, près de la zone de gazéification, de façon correspondante, soit obliquement du haut vers le bas, soit dans une direction opposée, soit - en vue de donner à la zone de gazéification une forme annulaire - dans une direction transversale.