CH622080A5

CH622080A5 -

Info

Publication number: CH622080A5
Application number: CH477478A
Authority: CH
Inventors: Arnold Porteous Pearce
Original assignee: Appa Thermal Exchanges Ltd
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-05-02
Publication date: 1981-03-13
Also published as: NZ187130A; IT1102511B; GR63159B; LU79578A1; IT7849160A0; FI781358A; FR2389832A1; ES469342A1; US4217834A; IE780869L; IE46631B1; NL7804703A; ZA782474B; IE780870L; NO781542L; CH623648A5; FI59860B; DK190778A; FI60926C; JPS549028A

Description

La présente invention concerne un appareil de combustion à lits fluidisés, par exemple les fours, les incinérateurs et les chaudières.

H est courant dans les chambres de combustion d'utiliser un lit fluidisé de matériaux granulaires supporté et entretenu par un diffuseur d'air. Le combustible ou les déchets à brûler sont introduits dans le lit fluidisé où l'oxygène nécessaire à la combustion est fourni, au moins en partie et généralement en totalité, par l'air du diffuseur qui sert à entretenir le lit fluidisé. Dans certains cas, le diffuseur est monté obliquement et est divisé en plusieurs sections ayant des débits différents pour produire un mouvement de circulation des matériaux autour d'un axe sensiblement horizontal et transversal par rapport à la pente du diffuseur.

On sait que l'un des inconvénients majeurs des chambres de combustion à lit fluidisé circulant est leur manque de souplesse à régime réduit, car il est délicat et coûteux d'entretenir la circulation du lit lorsque le foyer ne brûle qu'une petite quantité de combustible en comparaison de la capacité nominale de l'installation.

L'invention a pour but de créer un appareil de combustion à lits fluidisés de grande capacité thermique offrant une grande souplesse d'adaptation, c'est-à-dire pouvant fonctionner avec un bon rendement à des régimes de chauffe très différents.

L'appareil de combustion de la présente invention est défini par la revendication 1.

Le diffuseur d'air de chaque module assure de préférence une circulation du lit fluidisé autour d'un axe horizontal.

Les dessins annexés représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'appareil de l'invention.

La fig. 1 est une coupe verticale schématique de l'appareil de combustion.

La fig. 2 est une vue en plan schématique de la chambre de combustion de la fig. 1 montrant les blocs modulaires.

La fig. 3 est une vue en perspective partielle montrant la disposition des blocs modulaires dans la chambre de combustion de la fig. 1.

La fig. 4 est une vue schématique en plan des blocs modulaires de la fig. 1 et de leur commande.

La fig. 5 est une coupe schématique de l'installation de la fig. 4 montrant les régulateurs de niveau des lignes.

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La fig. 1 représente une chambre de combustion à lits fluidisés incorporés dans une chaudière génératrice de vapeur. La chambre de combustion 10 de la chaudière est de construction classique et comprend un revêtement de briques réfractaires destiné à protéger la structure de la chaleur des foyers, et des faisceaux de tubes à eau qui absorbent la chaleur des gaz de combustion.

A la base de la chambre 10 se trouve une structure de foyer 11 comportant deux groupes symétriques de lits fluidisés. On voit sur la fig. 1 que les lits fluidisés des groupes 12 et 13 sont en pente vers le centre du foyer qui est occupé par deux auges collectrices de cendres 14 et 15.

Les fig. 2 et 3 montrent clairement que chacun des groupes 12,13 comprend quatre blocs modulaires, respectivement A-D et E-H. Chaque bloc modulaire possède son propre diffuseur d'air 17 qui supporte et entretient un lit fluidisé indépendant. Les blocs d'un même groupe sont séparés par des cloisons verticales 16.

Il va de soi que les diffuseurs 17 ne sont pas nécessairement des éléments séparés, mais peuvent être des zones distinctes délimitées par les cloisons 16.

Un déflecteur central 18 sépare longitudinalement les auges collectrices 14 et 15 et s'étend vers le haut pour séparer les groupes de blocs 12 et 13. Le déflecteur 18 est mince dans sa partie basse, puis s'élargit en une partie renflée dont les surfaces 19 et 20 sont en surplomb, comme illustré sur les fig. 1 et 3.

En service, les blocs A—H délimités au-dessus des diffuseurs 17 par la structure déflectrice 18,19, 20, les cloisons séparatrices 16 et les parois de la chambre 10, sont remplis jusqu'à un niveau 21 (fig. 1) de sable, d'agrégats ou d'autres matériaux capables de former un lit fluidisé lorsque les diffuseurs 17 sont alimentés en air comprimé.

Les diffuseurs 17 des groupes 12 et 13 sont partagés en plusieurs zones 22 (fig. 3) alimentées individuellement par des passages d'air 23. L'air comprimé peut être amené au passage 23 soit par un collecteur qui s'étend sur toute la profondeur du diffuseur 17, soit par des branchements individuels représentés schématiquement en 24 sur la fig. 3. Chaque branchement 24 peut être muni d'une vanne 25 permettant de régler sélectivement le débit d'air dans chacun des passages 23 pour contrôler la zone correspondante 22 du lit fluidisé. On peut ainsi créer au-dessus de chaque diffuseur 17 une circulation des matériaux autour d'un axe horizontal transversal, c'est-à-dire perpendiculaire au plan de la fig. 1. La circulation autour de cet axe peut se faire dans un sens ou dans l'autre, la matière descendant ou remontant la pente du diffuseur 17 selon les caractéristiques de l'installation.

Dans ce mode de réalisation, la matière ou le combustible à brûler est introduit dans chaque bloc par un conduit central 30 logé dans la partie renflée du déflecteur 18 avec des dérivations 31 et 32 qui traversent respectivement les surfaces 19 et 20 du déflecteur pour aboutir aux lits fluidisé des différents blocs. Dans le conduit central 30, le combustible ou la matière à brûler peut être transporté pneumatiquement ou mécaniquement au moyen de vis d'Archimède ou de convoyeurs à bande. Dans les dérivations 31 et 32, on peut utiliser un transport mécanique ou par gravité éventuellement complété par un transport pneumatique pour alimenter chaque bloc. Des vannes de réglage individuel sont montées sur chacune des dérivations 31, 32 pour commander le débit de combustible vers chaque bloc.

Les parois de la chambre de combustion 10 sont garnies de tubes dans lesquels circule l'eau à chauffer. De même, les cloisons 16 comportent des tubes à eau faisant partie du circuit de circulation de la chaudière. En pratique, les cloisons 16 peuvent être constituées uniquement de tubes à eau, comme illustré sur la fig. 3. Enfin, le déflecteur central 18 et ses parties en surplomb 19 et 20 sont également munis de tubes à eau. Tous les tubes à eau peuvent aboutir à un collecteur central 41 qui est représenté sur la fig. 1. Des moyens appropriés (non représentés) assurent la circulation de l'eau dans les différents tubes pour produire de la vapeur à partir de la chaleur de combustion et également pour refroidir et protéger les éléments structuraux de la chaudière.

Les auges à cendres 14 et 15 s'étendent de préférence sur toute la longueur des groupes de blocs 12 et 13, mais peuvent aussi être subdivisées en autant de segments qu'il y a de blocs. Le fond et les parois latérales de ces auges sont de préférence des diffuseurs d'air pour fluidiser les matériaux des lits et les cendres qui tombent dans les auges. Les matières recueillies par les auges peuvent être évacuées latéralement par des vis d'Archimède 50 entraînées par des moteurs 51 qui sont associées à chaque module. Ces matières peuvent être transportées à un cribleur vibrant 52 qui sépare les cendres incombustibles des matériaux des lits dont une certaine proportion est inévitablement entraînée avec les cendres. Les matériaux récupérés sont recyclés dans les lits fluidisés par un dispositif décrit plus loin.

En résumé, l'installation constitue une chambre de combustion de grande capacité qui est subdivisée en plusieurs blocs modulaires dont chacun peut fonctionner indépendamment. On peut ainsi régler la circulation du lit fluidisé de chaque bloc sans rencontrer les problèmes habituels qui sont liés à l'entretien de la circulation d'un lit fluidisé correspondant à la capacité globale de l'installation. De plus, la combustion peut être réglée individuellement dans chaque bloc en jouant sur les quantités de combustible et d'air qui y sont introduites. On peut enfin régler la puissance thermique globale de la chaudière en jouant sur le nombre de blocs qui sont en service à un instant donné, certains blocs pouvant être mis au repos en supprimant leur alimentation en combustible et/ou en air de combustion.

Un autre avantage de la structure modulaire est la simplification de la construction et de l'entretien des blocs séparés. On peut par exemple démonter un bloc complet pour le remplacer, le réparer ou le réviser, ce qui diminue considérablement le temps d'immobilisation de la chaudière.

Dans la description qui précède, on a supposé que les lits fluidisés des modules étaient en contact direct avec les tubes d'eau des cloisons séparatrices 16, du déflecteur central 18 et de ses parties en surplomb 19 et 20. D'autres tubes d'eau (non représentés) peuvent être placés à l'intérieur de certains ou de tous les blocs et peuvent être reliés au circuit de circulation d'eau. On peut donc également ajuster la puissance thermique des blocs individuels en jouant sur le niveau 21 du lit fluidisé, c'est-à-dire en faisant varier l'épaisseur du lit pour modifier le nombre de tubes d'eau qui sont en contact direct avec le lit. A cet égard, on notera que le coefficient de transfert thermique entre le lit fluidisé et les tubes qu'il touche est beuacoup plus grand qu'entre les produits de combustion gazeux et les tubes situés au-dessus du lit fluidisé.

Les fig. 4 et 5 illustrent un dispositif de réglage de l'épaisseur des lits fluidisés. Dans l'installation représentée, les matériaux des lits séparés par le dispositif de cribage 52 sont transportés selon les besoins vers des réservoirs 53. Le dispositif illustré comporte deux réservoirs, mais on peut évidemment en utiliser un seul ou plusieurs. Un branchement d'entrée 54 muni d'une vanne de réglage 55 traverse la paroi 10 de la chaudière et débouche juste au-dessus du diffuseur 17 de chaque bloc. Les branchements 54 sont reliés à des conduites de distribution 56 qui partent du bas de chaque réservoir 53. Il est évident que les matériaux séparés par le dispositif de criblage 52 se rassemblent dans le bas des réservoirs 53 d'où ils peuvent être expulsés par une pressurisation convenable du haut du réservoir avec de l'air ou un autre fluide. Des dispositifs 57 com5

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mandent la pressurisation et règlent l'écoulement des matériaux dans les conduites 56 et les branchements 54. Chaque réservoir 53 contient de préférence un piston libre 58 séparant les matériaux de l'air de pressurisation. Les conduites 56 sont de préférence équipées de vannes principales 59. On peut isoler thermiquement les conduites 56 et les réservoirs 53 pour limiter les pertes de chaleur des matériaux transportés.

Il est clair qu'en agissant sur les dispositifs de pressurisation 57 et sur les vannes 59 et 55, on peut régler la quantité de matériaux recyclés dans chaque bloc. Ainsi, au fur et à mesure que les matériaux du lit tombent dans l'auge collectrice, le niveau baisse et les échanges thermiques avec l'eau diminuent. On peut soit maintenir le lit à un niveau constant, soit le laisser baisser pour réduire la puissance thermique. On peut également réduire la pressurisation des réservoirs pour permettre le retour des matériaux des lits par les conduites 56, même lorsqu'il n'y a pas d'évacuation des cendres. En variante, on peut faire fonctionner des vis d'extraction des auges pour enlever des matériaux du lit, même lorsqu'il n'y a pas besoin d'évacuer les cendres.

s En définitive, en jouant sur l'épaisseur des lits fluidisés, on peut modifier la quantité de chaleur qui est cédée à l'eau du circuit de circulation sans changer la quantité de combustible qui est introduite dans les lits fluidisés des blocs. Cette possibilité de réglage est intéressante lorsqu'on veut incinérer des déchets avec une combustion continue, alors que la demande d'eau chaude ou de vapeur est variable.

La possibilité de régler la quantité de chaleur cédée par le lit fluidisé est également intéressante pour maintenir une température de combustion optimale lorsqu'il y a des variations de la qualité du combustible, c'est-à-dire de sa puissance calorifique, ou de la quantité de combustible à brûler.

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REVENDICATIONS

1. Appareil de combustion à lits fluidisés, caractérisé en ce que sa structure est modulaire et en ce que chaque bloc modulaire comprend un diffuseur d'air capable de supporter et de fluidiser un lit de matériaux granulaires, un dispositif d'alimentation introduisant la matière combustible dans le lit fluidisé, et un dispositif de réglage du fonctionnement du bloc modulaire indépendamment de celui des autres blocs modulaires.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur d'air comporte des zones alimentées différemment en air comprimé pour fluidiser le lit à des degrés différents de façon à créer une circulation autour d'un axe horizontal.
3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support du lit fluidisé de chaque bloc modulaire a une forme en plan généralement rectangulaire et plane avec une pente vers l'un de ses bords sous lequel est disposée une auge collectrice de cendres.
4. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le support du lit fluidisé de chaque bloc modulaire a une forme en plan généralement rectangulaire et plane, et en ce qu'une auge collectrice de cendres est disposée le long de l'un de ses bords.
5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support du lit fluidisé de chaque bloc modulaire est en pente vers celui de ses bords qui est associé à l'auge collectrice.
6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les blocs modulaires sont disposés côte à côte en un groupe avec leurs auges collectrices alignées.
7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les blocs modulaires du groupe partagent une même auge collectrice continue.
8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les blocs modulaires sont disposés en deux groupes, les blocs modulaires de chaque groupe étant disposés côte à côte avec leurs auges collectrices alignées.
9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les blocs modulaires de chaque groupe partagent une même auge collectrice continue.
10. Appareil selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les deux groupes sont disposés parallèlement de manière à être séparés par leurs auges collectrices adjacentes.
11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les blocs modulaires de chaque groupe sont séparés par des cloisons verticales.
12. Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les cloisons de séparation portent des tubes d'échange thermique destinés à prélever de la chaleur sur les lits fluidisés des blocs modulaires adjacents.
13. Appareil selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'un déflecteur central est disposé entre les deux groupes de blocs modulaires pour les séparer l'un de l'autre.
14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le déflecteur porte des tubes d'échange thermique.
15. Appareil selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le déflecteur comporte des parties inclinées s'étendant en surplomb au-dessus d'une partie des supports des lits fluidisés des blocs modulaires de chaque groupe.
16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 13 à

15, caractérisé en ce que les auges collectrices des blocs modulaires des deux groupes sont constituées par une seule et même auge partagée en deux par le déflecteur central.
17. Appareil selon l'une quelconque des revendications 4 à

16, caractérisé en ce que l'auge collectrice comporte des moyens d'extraction des cendres.
18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens d'extraction des cendres sont associés à un dispositif de criblage qui sépare les cendres des matériaux du lit entraînés, les matériaux séparés étant transportés dans un réservoir.
19. Appareil selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de recyclage sélectif des matériaux recueillis dans le réservoir vers chaque bloc modulaire pour ajuster le niveau de son lit fluidisé.
20. Appareil selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que le réservoir est situé à un niveau inférieur à celui des supports des lits fluidisés.
21. Appareil selon l'une quelconque des revendications 18 à

20, caractérisé en ce que le dispositif de recyclage comprend un dispositif de pressurisation du réservoir au-dessus des matériaux à recycler et une conduite partant du bas du réservoir pour acheminer les matériaux vers les blocs modulaires.
22. Appareil selon l'une quelconque des revendications 18 à

21, caractérisé en ce que le réservoir contient un piston mobile séparant les matériaux à recycler du fluide de pressurisation.
23. Appareil selon l'ime quelconque des revendications 18 à

22, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs réservoirs de matériaux à recycler.