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~ s~
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de pulvérisation
dlune matière combustible solide introduite à llintérieur d'une enceinte au
moyen d'un transporteur à vis.
L'invention s'applique spécialement à l'introduction de combustibles
solides divisés dans une chambre de réaction pour en opérer la combustion ou
la ga~éification, la chambre étant ou non sous pressinn.
Pour introduire des combustibles solides divisés à l'intérieur d'une
enceinte, en particulier lorsque l'enceinte doit etre mainterlue sous pression,
on a déjà proposé d'utiliser un transporteur à vis constitué d'une ou plu-
sieurs vis entrainées en rotation à l'intérieur d'un fourreau muni à son ex-
trémité amont d'un orifice d'entré~ de la matière et à son extrémité aval
d'au moins une filière débouchant par un orifice de sortie à l'intérieur de
l'enreinte et dans laquelle se forme par extrusion un boudin de matière com-
primée. De la sorte, on peut introduire de facon continue le combustible soli-
de à l'intérieur de l'enceinte tout en maintenant l'étanchéité de celle-ci
grâce à la compression de la matière obtenue dans la filière.
Il en résulte, en particulier lorsque l'enceinte est sous une pression
importante, que le boudin introduit est très compact et il est nécessaire de
le désagréger pour en effectuer la combustion ou la gaDéification. A cet ef-
fet on peut utiliser un jet de gaz injecté sous forte pression sur le boudin
sortant de la filière. Cependant, lorsque le boudin est très compact, on nlest
pas certain, avec une telle méthode, de réaliser une véritable pulvérisation
du combusti~ e, le boudin pouvant se casser en rnorceaux d'une certaine impor-
tance.
D'autre part, par cette méthode on peut etre amené,pour assurer la
désagrégation du boudin9à injecter dans l'enceinte un débit de gazimportant
risquant de diminuer le rendement énergétique de la combustion ou de la gazé-
ification du combustibleO
L'invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de
30 remédier à ces inconvénients en assurant, même pour un débit relativement fai-
ble de gaz~ une parfaite pulvérisation du combustible introduit.
Conformément à l'invention, on injecte un jet de gaz dans l'axe de
chaque filière à partir de l'intérieur du transporteur à vis, chaque jet ga-
zeux ayant une impulsion suffisante pour former sensiblement un cône centré
35 sur l'axe du boudin de matière comprimée en s'élargissant à l'intérieur de
~, ~
celui-ci, chaque boudin étant constitué d'un tube creux dont la paroi in-
terne s'effrite au cours de son avancement dans la filière et prend la for-
me du jet en libérant des particules qui sont aspirées dans le jet et intro-
duites avec lui dans l'enceinte.
Selon une caractéristique supplémentaire, on détermine l'origine du
jet et son impulsion de telle sorte que le cône formé attei~ne un diamètre
de l'ordre de celui de l'orifice de sor~e de la filièreg dans le plan de
celui-ci.
L'invention va maintenant être décrite, en se référant à plusieurs
modes de réalisation, donnés à titre d'exemple et représentés sur les des-
sins annexés.
La figure 1 représente, en coupe dans l'axe d'une vis, un transpor-
teur à vis pour l'introduction de la matière combustible7 muni du disposi-
tif de pulvérisation selon l'invention.
La figure 2 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'une fi-
lière de formation d'un boudin comprimé~
La figure 3 et la figure 4 représentent deux modes de réalisation
particuliers du jet gazeux de pulvérisation.
La figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention dans le
cas d'un transporteur à deux vis.
La figure 6 représente, en coupe transversale, un transporteur à trois
vis, la figure 7 étant une vue en coupe axiale selon VII-VII figure 60
La figure 8 est une vue en coupe axiale d'un autre mode de réaLisation
du dispositif de pulvérisation et la figure 9 est une vue en coupe ~rans-
versale selon IX-LX, figure 8.
La figure 10 représente en coupe axiale un autre mode de réalisation
du jet gazeux.
- Sur la figure 1, on a représenté à titre d'exemple une enceinte limi-
tée par une paroi 1 à l'intérieur de laquelle est introduit un boudin de
matière combustible au moyen d'un transporteur à vis constitué dlun fourreau
2 à llintérieur duquel une vis 3 est entrainée par un moteur, par l'inter-
médiaire d'un réducteur 4. La rotation de la vis provoque un entrainement
de la matière combustible introduite par une trémie 5 alimentée en combus-
tible, celui-ci étant amené par exemple par voie pneumatique ou hydraulique.
A son extrémité avaL, le fourreau 2 est muni d'un convergent 7 qui dirige
La matière entrainée par la vis 3 vers une filière 8 débouchant à l'intérieur
de l'enceinte 1.
Si l'on choisit correctement les caractéristiques de fonctionnement du trans-
porteur à vis, ceLui-ci forme par extrusion à l'intérieur de la fi-
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lière 8 un boudln de matière comprimée 9 qui est introduit en continu dansl'enceinte 1.
Selon l'invention, l'arbre de la vis 3 est percé d'un alésage axial
13 dans lequel est ménagée une canalisation 11 qui débouche à l'extrémité
de la vis par une buse d'injection 12.
Sur la figure 2 qui est une vue à échell~ agrandie de l'extrémité de
la vis et de la filière 8, on voit que la canalisation 11 peut etre consti-
tuée d'un tube enfilé dans l'alésage axiaL 13 de l'arbre de la ~s 3 et qui
se ten~ine par la buse 12 celle-ci étant placée dans le prolongement de la
pointe conique 14 placée à l'extrémité de l'arbre 3 de la vis et pénétrant
dans le convergent conique 7. Si la canalisation 11 est entrainée en rota-
~ion avec l'arbre 3 de la vis, il est nécessaire de l'alimenter par l'inter-
médiaire d'un joint tournant 20 de type connu. Mais la canalisation 11 peut
également être bloquée en rotation, l'arbre 3 tournant autour d'elle.
Par la buse 12, on injecte ainsi, à l'intérieur du boudin 9 de ma
tière comprimée un jet gazeux 16 qui traverse le boudin dans l'axe de celui-
ci avant de déboucher à l'intérieur de l'enceinte 1.
On sait qu'un jet gazeux de forte impulsion prend toujours sensible-
ment la foxme d'un cône dont le sommeL est placé au centre de la buse d'in-
jection et dont le demi angle au sommet A est de l'ordre de 11.
Selon l'invention, il est avantageux de régler l'impulsion du jetde telle sorte qu'à la sortie de la buse 12, celui-ci ait une vitesse com-
prise entre 50 m/s et la vitesse du son. Ainsi, on est sûr que le jet se
présente sous fcrme d'un cône qui s'élargit en partant du centre de la buse
12. Le boudin 9 est alors constitué d'un tube creux traversé en Soll axe par
le jet 16 et par conséquent dont la paroi interne prend la forme du jet. En
effet, si l'impulsion est suffisante, le jet conserve ses caractéristiques
géométriques à l'intérieur du boudin, la paroi interne de celui-ci étant dé-
sagrégée au cours de son avancement et prenant la forme du jet.
Pour obtenir cet effet, il est nécessaire de placer la buse 12 à
l'amont de la filière 8 et de donner à celle-ci une longueur Ll assez inha-
bituelle, supérieure à 1,5 fois son diamètre. Mais cet allongement de la fi-
lière, par l'effet de frottement qui en résulte augmente la compression de
la matière et favorise donc la formation du boudin 9 de matière comprimée.
Le processus d'effritement du boudin est particulièrement efficace
à la sortie de la filière si la position de la buse 12 est choisie de telle
sorte que, dans le plan de l'orifice de sortie 17 de la filière, le jet 16
se soit élargi jusqu'à atteindre un diamètre de l'ordre de celui de l'orifice
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de sortie 17. En effet, le boudin 9 qui avante de fa~on continue vers l'in-
térieur de llenceinte a~dans l'orifice de sortie 17~une épaisseur peu im-
portante et s'effrite donc facilement. D'autre part, on sait qu'un jet de
forte impulsion aspire les gaz qui l'entourent et il se produit donc sur la
périphérie du jet des courants gazeux dirigés suivant les flèches 18 et a-
yant une vitesse relativement importante, de l'ordre de 3 m/s. Ces courants
contribuent à l'effritement de la paroi du boudin et les particules qui se
détachent ainsi sont aspirés avec les courants gazeux 18 à l'intérieur du
jet 16 pour être projetées par celui-ci dans l'enceinte 1.
L'efficacité de cette désagrégation par érosion dépend évidemment de
la compacité du boudin et de l'épaisseur de la paroi de celui-ci à la sortie
de la filière.
Lorsque le boudin se désagrège facilement, il est possible de lui
laisser prendre une épaisseur relativement importante Ce sera le cas par
exemple si le combustible est un charbon sec ou bien si l'enceinte ntest pas
à une pression très élevée nécessitant, pour maintenir l'étanchéité, la for-
mation d'un boudin très compact. La distance (L) de la buse à la face de sor-
tie de la filière peut être alors de l'ordre de 1,5 fois le diamètre (d) de
celle-ci.
Dans ce cas, on pourra utiliser le dispositif de la figure 3 dans
lequel la filière s'élargit à proximité de l'orifice de sortie 17 en prenant
la forme d'un tronc de cône d'angle au sommet égal à celui du jet 7. Untel
dispositif permet de diminuer l'usure des bords de l'orifice 17 de sortie de
la fiLière 8.
En revanche, si le boudin est très compact, on essayera de diminuer
autant que possible l'épaisseur de la paroi du boudin à la sortie 17 de la
filière et l'on prendra le dispositif de la figure 4 pour lequel la buse d'in-
jection 12 est placée à une distance L de l'orifice de sortie 17 de la filiè-
re telle que le cône 16 ait dans le plan de l'orifice de sortie 17 un diamè-
tre sensiblement égal à celui de l'orifice.
Dans ce cas~ la distance L de la buse à ]a face de sortie de la fili~-
re est de l'ordre de 2,5 fois le diamètre (d) de l'orifice de sortie.
Si la compacité du boudin varie, on peut utiliser un dispositif per-
mettant de régler la position de la buse d'injection 12 à l'intérieurde la
35 filière 16, de façon à modifier l'épaisseur de la paroi du boudin. Ce sera
le cas en particulier si l'on change la nature du combustible, les charbons
gras risquant par exemple, de former des boudins très compacts alors les
charbons secs se désagrègent plus facilement. A cet effet, la canalisation
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11 peut être montée coulissante le long de l'alésage 13 de l'arbre de la
vis, celle-ci étant munie d'un dispositif 28, par exemple à vis-écrou,
penmettant de règler la position de la buse de sortie 12 par coulissement
de la canalisation 11 à l'intérieur de l'arbre.
On notera par ailleurs que si l'on fait pénétrer la buse 12 à l'en-
trée de la filière 8, la buse joue le rôle d'un mandrin facilitant la for-
mation dans la filière d'un boudin de forme tubulaire.
La description précédente a été faite en se référant à une seule vis,
mais il est bien évident que le meme dispositif peut être appliqué à un
transporteur à plusieurs vis si l'on place, comme on l'a représenté sur la
figure 5, une filière 8, 8' en face de chaque vis 3, 3' avec au centre de
chaque filière, une buse 12, 12' alimentée par une canalisation percée dans
l'axe de la vis correspondante.
Cette disposition est particulièrement avantageuse car~ pour un même
débit de matière combustible, l'utilisation de plusieurs filières penmet de
diminuer llépaisseur du boudin de matière comprimée et facilite la désagré-
gation de celle-ciO
Cependant, dans le cas où le transporteur à vis comprend trois vis et
une filière unique au centre de celles-ci, il est encore possible d'utiliser
une canalisation axiale débouchant au centre de la filière, comme on l'a
représenté sur les figures 6, 7 et 8.
Sur la figure 6, qui est une coupe par un plan transversal à l'axe des
vis, on voit que celles-ci sont disposées de facon à pénétrer l'une dans
l'autre et réparties autour d'un montant 21 placé dans l'axe du fourreau 2
et dont la section transversale a la forme d'un triangle curviligne ins-
crit dans les filets des trois vis. Il est possible, comme On l'a représen-
té sur les figures 7 et 8, de placer une canalisation d'injection 11 à l'in-
térieur du montant central 21.
Dans le cas de la figure 7, les trois vis poussent la matière entrai-
née vers un convergent unique 71 qui débouche dans une filière 81 placéedans l'axe du fourreau 2. Par conséquent, une canalisation 11 placée dans
le montant 21 débouche par une buse 12 au centre de la filière 81. La pul-
vérisation du combustible s'effectue alors comme on lla décrit précédemment,
le jet 16 produit par la buse 12 s'élargissant à l'intérieur du boudin uni-
que 9
Dans tous les modes de réalisation décrits précédemment, la buse 12
était alimenté parune canalisation axiale 11. Cette disposition est avan-
tageuse car elle permet de dégager la filière 8 mais on pourrait également
adapter la disposition représentée sur les figures ~ et 9.
Dans ce cas, en effet, la buse 12 est constituée par un court tron-
~on de tube forrQant gicleur formé vers l'~mont et ouvert vers l'aval~ et
main~enu au centre de la filière 8 à l'amont de celle-ci, par au moins
une ailette 2~ à l'intérieur de laquelle est percée un canal 25 débou-
chant à une extrémité dans la buse 12 ee à l'autre extrémité à l'extérieur
de la filière 8 par un orifice ~6 relié à une canalisation 27 dlalimenta-
tion en fluide.
Les ailettes 24 sont profilées de fa~on à ne pas entraver la progres-
sion de la matiere et à ne pas g~ner la formation du boudin~ En outre, eninclnant les ailettes 2~, il est possible de placer la buse 12 au moins
partiellement à la pointe du convergent 7 de facon à mieux dégager l'ori-
fice dlentrée de la filière 8.
L'invention mise en oeuvre dans les différents modes de réalisation
quiont été décrits, perntet de mettre en suspension la matière combustible
avec un débit massique de gaz relativement faible, de l'ordre de 2 à 20%
en poids du débit solide, le rapport de la pression du fluide dans la cana-
lisation d'injection 11 à la pression régnant a l'intérieur de l'enceinte
étant compris par exemple entre 2, pour un débit ga~eux de 10 % de solide
et 3 pour un débit de 3 %.
D'autre part, pour obtenir un jet conservant Ses caractéristiques
~éométriques à l'intérieur du boudin, on peut calculer que l'impulsion doit
être au moins égale à 30 Newton par tonne/heure de charbon.
Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails des modes de
réalisations ~ui ont été décrits à titre d'exemple. Ceux-ci pourraient etre
modifiés en employant des moyens ~ivalents.
D'autre part, dans tous les cas, on s'est basé sur une buse d'injec-
tion portant un seul orifice d'injection mais le meme résultat pourrait
être obtenu, comme représenté sur la figure 10, avec plusieurs orifices ré-
partis autour de l'axe de la buse et donnant un jet global conique centrésur l'axe. Le nGmbre et le diamètre des orifices seront calculés en fonc-
tion de la pression dans la canalisation d'injection paur obtenir l'impul-
sion voulue. On peut alors obtenir un jet plus ouvert, ce qui permet, avec
une dépense d'énergie un peu plus importante, de diminuer/distance(L) de la
buse à la face de sortie de la filière.
Par ailleurs, si le jet injecté doit nécessairement 8tre constitué
d'un fluide compressible, celui-ci pourrait cependant contenir une certaine
quantité de liquide en suspension.
