Brevet FR2012266A1 — publié le 19700313

î 2012266 Dans les installations de combustion, en particulier dans les chaudières à vapeur, la combustion de combustibles renfermant du soufre, tels que le charbon ou les huiles combustibles, donne naissance à des gaz de fumée renfermant une 5 quantité plus ou moins importante de trioxyde de soufre». Si l'on se trouve en dessous du point de rosée, ces gaz peuvent entraîner à l'intérieur de la cnaudière, des dégâts importants par suite de la corrosion. Le point de rosée est influencé d'une manière sensible par la teneur en trioxyde de soufre des gaz de 10 fumée. La quantité de trioxyde de soufre produit dépend fortement du mode de combustion. Pour pouvoir mieux surveiller la combustion et contrôler en continu et sans difficulté les moments où l'on tombe en dessous du point de rosée, la mesure et l'enregistrement de la quantité d'SO^ a une grande importance. De mô-J-5 me, pour pouvoir déceler l'émission dans l'air ambiant de produits nocifs provenant d'une source de gaz ^échappement, il est nécessaire de disposer d'un appareil, basé sur un procédé de séparation approprié, pour la mesure de la concentration de SO^ dans un mélange gazeux. 20 On connaît jusqu'ici des appareils pour l'indi cation en continu de la concentration de SO^ dans un mélange gazeux dont les autres composants sont insolubles dans la vapeur d'eau condensée, le procédé de séparation du SO^ repose sur la transformation de trioxyde de soufre en acide sulfurique 25 et sur la mesure de la conductibilité du condensât obtenu. Ces appareils présentent cependant l'inconvénient que les composants gazeux tels que SOg, COg et autres, absorbés par la vapeur d'eau en même temps que le SO^, doivent être séparés par voie thermique dans une colonne de séparation disposée à côté de 30 l'appareil. l'étalonnage de l'appareil se heurte à de nombreuses difficultés. Il en résulte, en outre, des imprécisions de mesure dues au fait que "la quantité de vapeur amenée au réfrigérant de réaction ne peut pas être réglée. Ces inconvénients sont éliminés au moyen de 35 l'appareil suivant l'invention. L'invention est caractérisée par le fait qu'un réfrigérant de condensation traversé par le mélange gazeux et la vapeur d'eau est disposé au-dessus d'une colonne de séparation verticale, calorifugée, comportant^l'extrémité inférieure 40 une arrivée pour de la vapeur d'eau surchauffée s'écoulant BAD ORIGiNAL! 69 22618 2 2012266 en quantité réglable d'un évaporateur et à 1*extrémité supérieur* une arrivée pour l'aspiration en continu du mélange gazeux à mesurer et par le fait que pour la mesure du condensât qui s'écoule par le bas de la colonne de séparation, une cellule de 5 mesure de la conductivité, maintenue à une température constante par un thermostat, et un débitmètre pour le condensât sont, reliés à la colonne. le condensât qui quitte la déoitmètre peut ensuite être amené, en passant par un dispositif à niveau constant, 10 dans le vase de réserve d'un appareil à distiller qui produit l'eau devant être envoyée à 1'évaporateur. la pompe à distillât pour 1'évaporateur est asservie au débitmètre pour le condensât, ce qui assure que l'on n'introduit toujours dans la colonne de séparation et dans le réfrigérant de condensation que la quantité 15 de vapeur nécessaire pour maintenir une quantité constante de condensât. Pour obtenir une séparation complète du SO^ contenu dans le mélange gazeux, on peut monter un barreau chauffant axialement dans le réfrigérant de condensation* Pour la 20 production de la vapeur d'eau surchauffée, on peut prévoir un générateur de vapeur travaillant en surpression et alimenté par un réservoir spécial d'eau désionisée. Par le montage d'un tel barreau chauffant dans le réfrigérant de condensation , la vitesse de refroidissement du 25 mélange gazeux introduit dans ce dernier est suffisamment diminuée pour éviter dans une large mesure la formation de brouillard et obtenir une séparation de l'acide sulfurique à au moins 97 Pour produire la vapeur d'eau surchauffée, le générateur de vapeur qui travaille en surpression est raccordé 50 passant par un réservoir d'introduction et un tube doseur commandé par un distributeur à trois voies, au réservoir d'eau désionisée. De l'autre côté, le générateur de vapeur est relié au surchauffeur en passant par une tuyère de détente et une tranne commandée par le débitmètre à condensât derrière la cellule d« 35 mesure de la conductivité. Pour assurer l'introduction de l'eau désionisée du réservoir d'introduction dans le générateur de vapeur, la réservoir d'introduction et le générateur de vapeur sont reliés l'un à l'autre par une canalisation d'égalisation de la pression. bad original" 69 2261Ô d'un dispositif de filtrage et d'un réfrigérant à effet Peltier pour éliminer par condensation l'humidité contenue dans le mélange de gaz et de vapeur d'eau qui quitte le réfrigérant de 5 condensation, ainsi que d'une pompe à gaz commandée par le régulateur de débit du gaz. On prévoit alors, entre le réfrigérant à effet Peltier et l'appareil de distillation, une canalisation de liaison pour le condensât qui s'écoule du réfrigérant à effet Peltier# 10 On va maintenant décrire en détail la construc tion et le mode de fonctionnement d'un exemple de réalisation suivant l'invention, illustré sur le dessin annexé, sur lequel : 20 introduit sous débit constant, en passant par une tubulure à gaz 1 munie d'un système de chauffage 2, dans la partie supérieure de la colonne de séparation calorifugée 3. La vapeur d'eau surchauffée venant d'un évaporateur 5 arrive à la partie inférieure de la colonne de séparation 3 par une canalisation 25 d'amenée 6. le mélange de vapeur surchauffée et de mélange gazeux passe ensuite dans le réfrigérant de condensation 7, dans lequel le SO^ et la vapeur d'eau se condensent en formant de l'acide sulfurique. Cependant, comme ce condensât peut encore contenir d'autres composants gazeux tels que, par exemple du 30 S02 et du COg, ces composants sont de nouveau séparés du condensât dans la colonne de séparation 3» dont la paroi intérieure 4 peut être munie de mamelons, d'un filet trapézoïdal ou d'un autre système analogue dans le but d'augmenter la surface» la température de la colonne de séparation est maintenue à environ 35 140°C au moyen de la vapeur d'eau surchauffée qui y pénètre sous une"température d'environ 160°C. le condensât qui sort par la bas de la colonne de séparation 3 est d'abord refroidi dans un réfrigérant à air 8 et passe de là dans une cellule 9 de mesure de la conductivité. Cette cellule 9 de mesure de la conductivi-40 té est pourvue d'un calorifugeage 10 dans lequel se trouve 15 la figure 1 montre le schéma de principe de l'appareil ; la figure 2 mmntre la construction d'un appareil avec production de vapeur en circuit fermé ; la figure 3 montre en détail un appareil avec production de vapeur vive» le mélange gazeux à analyser est tout d'abord bao original ' 69 22618 4 2012266 an bloc d'aluminium 11 renfermant un thermostat 12 et entourant la cellule 9 de mesure de la conductivité^ De cette façon, la cellule de mesure de la conduetivité est maintenue à une température constante. le débit du condensât qui s'écoule de la cel-5 Iule 9 de mesure de la conductivité est ensuite mesuré au moyen d'un débitmètre 13. Derrière ce débitmètre 13, le condensât passe par un système d'évacuation 14, en vue de l'équilibrage des pressions, tout d'abord dans un dispositif à niveau constant 15 d'où s'échappe à l'air ambiant 16 une partie du conden-10 sat lorsque le niveau dépasse une limite déterminée, tandis que par ailleurs, le condensât s'écoule dans le vase de réserve 18, muni d'un système de chauffage 17, d'un appareil de distillation 19« lu moyen du dispositif à niveau constant 15 et 15 du système d'évacuation 14» on obtient un équilibrage des pressions, de sorte que l'ensemble de l'appareil peut fonctionner indépendamment de la dépression à la chaudière* Cela empêche également avec certitude, dans le cas d'une trop forte dépression à la chaudière, un retour par aspiration dans la chaudière» 20 ïai suite de l'arrivée du condensât acide dans le vase de réserve 18, l'eau brute de l'appareil de distillation est acidifiée et l'on évite ainsi une précipitation des carbonates. la vapeur d'eau qui s'élève du vase de réserve 18 est refroidie dans un réfrigérant 20, de sorte que le distillât peut s'accu-25 muler dans les chambres de trop plein 21. A partir de là, le distillât est envoyé par la pompe 22 au générateur de vapeur 5. la pompe à distillât 22 est asservie au débitmètre à condensât 13» de sorte que l'on n'évapore à chaque instant que la quantité de distillât néoes-30 saire pour obtenir une quantité constante de condensât. I'évaporateur 5 qui fonctionne en même temps en surchauffeur est constitué par une enceinte calorifugée 23 avec un bloc d'aluminium 24 qui entoure 1'évaporateur proprement dit 5 et dans lequel sont incorporés les barreaux cjaauftants 25. 35 le mélange gazeux enrichi en vapeur d'eau qui quitte le réirigérant de condensation 7 vers le haut est épuré dans un filtre à verre iritté 26 qui enlève les gouttelettes d'eau et les particules de poussières, le mélange gazeux passe alors dans le réfrigérant a exxet Peltier 27 dans lequel l'hu-40 raidité du gaz est éliminée par condensation* Ce condensât 69 22618 5 2012266 s'écoule par la canalisation de liaison 28 et par un "bassin de trop plein 29 dans le vase de réserve 18 de l'appareil de distillation 19« le réfrigérant à effet Peltier 27 est suivi d'une pompe à gaz 30 qui est asservie au régulateur de débit de gaz 5 31» Ce régulateur de débit 31 peut fonctionner par voie pnoto-électrique. Il commande la pompe 30 de telle sorte qu'une quantité constante de gaz soit toujours aspirée dans l'appareil de mesures Dans la canalisation d'extraction faièant suite ^0 au. réfrigérant de condensation 7, on peut en outre placer un interrupteur manométrique 32 qui, dans le cas où. la dépression n'est plus admissible pour l'appareil de mesure, met hors circuit les principaux éléments de l'analyseur de manière à empêcher une aspiration d'eau dans la pompe à gaz 30 par la cana-15 lisation 28. Comme le montre la figure 3, le mélange gazeux à analyser est d'abord introduit sous débit constant dans le réfrigérant de condensation /ën passant par la tubulure d'entrée 1, à l'aide de la pompe à membrane 30 commandée par le débit-20 mètre 31. Verticalement en dessous du réfrigérant de condensation 7, on installe une colonne de séparation 3 dans laquelle arrive par une canalisation 6 de la vapeur d'eau surchauffée venant d'un surchauffeur 5« Pour diminuer la vitesse de refroidissement du 25 mélange gazeux qui est amené par la tubulure lf on monte un barreau cnauîiant 50 axialement dans le réfrigérant de condensation 7. On obtient ainsi une vitesse de refroidissement plus faible des gaz et, de ce fait, une séparation de l'acide sul-furique à au moins 97 $>• la vapeur surcnauiiée qui est amenée 30 depuis le bas est condensée en même temps que l'acide sulfurique et assure ainsi le lavage de ce dernier, l'acide sulfurique qui quitte le réfrigérant 7 xenierme cependant encore du SOg dissous et un peu de C02» Ces composants sont de nouveau séparés dans la colonne de séparation 3 dont la face intérieure est pourvue d'é-35 léments 4 destinés à augmenter sa surlace* Cette séparation est essentiellement obtenue par introduction de vapeur d'eau surchauffée, le SOg et le CO^ revenant en même temps que le dosage de vapeur d'eau indiqué plus haut dans le courant des gaz de fumée. l'humidité qui subsiste encore dans les gaz de fumée est 40 séparée dans un réfrigérant à effet Peltier 27 et envoyée au. 69 22618 6 2012266, système d'évacuation 35* Exempt de S02 et de C02, le condensât d'acide sulfurique arrive dans un réfrigérant à air 8 dans lequel il est d'abord refroidi pour être ensuite maintenu à une tempéra-5 ture constante par voie thermostatique» la conductivité électrique est alors déterminée dans une cellule 9 de mesure de la conductivité. Cette cellule de mesure de la conductivité est enrobée dans un bloc métallique 11, calorifugé et résistant à la corrosion, muni d'un système de cnauffage. 33e cette manière, 10 1® condensât qui arrive est toujours maintenu à une température constante., le condensât passe ensuite de la cellule 9 de mesure de la conductivité dans un débitmètre 13 et est ensuite évacué à l'air libre en passant par un système d'évacuation 35» 15 Dana le système d'évacuation 35, au moyen de deux distributeurs ou vannes électro-magnétiques 33 et 34» on réalise périodiquement un remplissage et une vidange du réservoir d'évacuation 35» ce qui permet de faire sortir le condensât sans pénétratioa d'air dans le système0 20 I® vapeur d'eau nécessaire, d'une part pour l'extraction du S02 et du C02 et» d'autre part, poux le dosage dans les gaz de fumée provient d'un système évaporateur spécial* De l'eau désionisée venant du réservoir 36 s'écoule périodiquement, en passant par un distributeur électro-magnétique à 25 trois voies 37» dans un tube doseur 38. le réservoir d'eau désionisée est fermé par un couvercle étanche, seul un petit tube 49 d'égalisation de la pression de l'air pénètre par le haut dans le réservoir, jusqu'à proximité du fond de ce dernier. Si l'on dispose le tube doseur 38 un peu en dessous du réservoir 30 36» le tube doseur 38 ne se remplit toujours que jusqu'au niveau du bord inférieur du petit tube 49. Ainsi, d'une manière simple, le tube doseur renferme toujours la même quantité d'eau. De là, après inversion du distributeur 37» l'eau arrive dans le réservoir d'introduction 39 qui est en liaison, par une canalisation 35 40 obturable d'égalisation des pressions avec le générateur de vapeur proprement dit 41»' l'eau désionisée passe du réservoir d'introduction 39 par une vanne électro-magnétique 42 dans le générateur de vapeur 41 où elle est vaporisée sous une faible surpression» 40 1® volume déterminé par le tube doseur 38 et bad original" 6 7 2012266 las durées d'ouverture des vannes électromagnétiques 37 et 42 commandées par une minuterie 43 déterminent le débit de l'eatt désionisée arrivant par unité de temps au générateur de vapeur. Dans le générateur de vapeur 41, au moyen d'un système de chauf-5 fage électrique 44» l'eau désionisée est vaporisée sous une faible surpression constante d'environ 0,5 atm, réglée par un manomètre à contact 45* Oette surpression est en grande partie supprimée au moyen d'une tuyère 46 faisant suite au générateur de vapeur 41» la surpression résiduelle est supprimée et le ré-10 glage précis du débit de vapeur est opéré à l'aida de la vanna de réglage 47 qui est asservie au débitmètre à condensât 13. Avec cette régulation, on obtient donc une quantité constante de condensât. En aval de la vanne de réglage 47» la vapeur est surchauffée dans le surchauffeur 5 et envoyée ensuite dans la colonne de séparation 3# Le fait de placer un barreau chauffant dans le réfrigérant de condensation et de produire la vapeur d'eau à partir d'eau désionisée assure, d'une part, une séparation très poussée du SO^ envoyé dans l'appareil avec le mélange gazeux et, 20 d'autre part, une mesure non faussée de la conductivité du condensât, de sorte que l'on peut ainsi primo mesurer la teneur en SOj des gaz de fumée et secundo régler de façon optimale la combustion de la chaudière à surveiller» 69 22618 8 2012266 REVENDICATIONS le Appareil pour la mesure et 1'indication en continu de la concentration de trioxyde de soufre dans un mélange gazeux dont les autres composants sont insolubles dans la 5 vapeur d'eau condensée, appareil qui repose sur la transformation du trioxyde de soufre en acide sulfurique et sur la mesure de la conductivité, caractérisé par le fait qu'un réfrigérant de condensation traversé par la vapeur d'eau et son mélange gazeux est disposé au-dessus d'une colonne de séparation calori-10. fugée, verticale , munie à l'extrémité inférieure d'une arrivée pour de la vapeur d'eau surchauffée s'écoulant en quantité réglable d'un évaporateur et à l'extrémité supérieure d'une arrivée pour l'aspiration en continu du mélange gazeux à mesurer, et par le fait que pour la mesure du condensât qui s'écoule 15 par le bas de la colonne de séparation une cellule de mesure thermostatisée de la conductivité maintenue à une température constante par un thermostat, et un débitmètre pour le condensât sont reliés à la colonne<> 2. Appareil suivant la revendication 1 carac-20 térisé par le fait qu'un barreau chauffant est monté axialement dans le réfrigérant de condensation* 3f Appareil suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le condensât qui sort du débitmètre pour le condensât est amené, en passant par un dispositif à niveau 25 constant, dans le vase de réserve d'un appareil de distillation produisant l'eau qui doit être amenée à 1'évaporateur. 4« Appareil suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la vapeur d'eau surchauffée est produite à l'aide d'un générateur de vapeur fonctionnant en sur-30 pression et alimenté par un réservoir spécial d'eau désionisée,, 5» Appareil suivant les revendications 1, 2 et 4 caractérisé par le fait que le générateur de vapeur fonctionnant en surpression est raccordé, par l'intermédiaire d'un réservoir d'introduction et d'un tube doseur commandé par un 35 distributeur à trois voies, au réservoir d'eau désionisée» 6o Appareil suivant les revendications 1, 2 4 et 5» caractérisé par le fait que le générateur de vapeur est raccordé au surchauffeur par l'intermédiaire d'une tuyère de détente et d'une vanne commandée par le débitmètre pour le con 69 22618 9 2012266 densat qui est placé en aval de la cellule de mesure ae la conduetivitéo 7e Appareil suivant la revendication 6, carac térisé par une canalisation d'égalisation de pression placée 5 entre le générateur de vapeur et le réservoir d'introduction» 8. Appareil suivant les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que la pompe à distillât pàur 1'évaporateur est asservie au débitmètre pour le condensât. 9. Appareil suivant la revendication 1, ca-10 ractérisé par le fait que le réfrigérant de condensation est suivi d'un dispositif de filtrage et d'un réfrigérant à efiet Peltier pour éliminer par condensation l'humidité du gaz. 10e Appareil suivant la revendication 5» caractérisé par le fait qu'une canalisation de liaison pour le condensât recueilli est prévue entre le réfrigérant à effet Peltier et l'appareil de distillation. 11. Appareil suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le réfrigérant de condensation est suivi d'une pompe à gaz commandée par un régulateur du 20 débit de gaz. 12. Appareil suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un réfrigérant à air est monté entre la colonne de séparation et la cellule de mesure de la conductivité. 25 13» Appareil suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la face intérieure de la colonne de séparation est pourvue d'éléments destinés' à augmenter sa surface.