Brevet FR2205366A1 — publié le 19740531

La présente invention est relative à un dispositif de conditionnement d'un effluent gazeux chargé de particules de cendres en suspension, permettant de vaporiser l'acide sulfurique H2S04 ou de le décomposer sensiblement en H20 et S03 à une température supérieure à 2040C environ et de reformer ensuite H2S04 à la surface des particules de cendres en amont d'un dépoussièreur électrique dans un courant d'effluent gazeux à une température juste supérieure au point de rosée du mélange particulier acidegaz de l'effluent. Les effluents chargés de cendres en suspension provenant de la combustion du charbon ou d'autres combustibles fossiles ont un certain degré de "résistivité" dans leurs particules qui est à l'origine d'une précipitation électrique inéfficace de ces particules. tes effluents gazeux contiennent du bioxyde de soufre mais il apparaît que S02 n'a aucun effet favorable sur la précipitation électrique qu'on vise à obtenir. Par contre, il s'est avéré qu'une quantité suffisante de 503 ou de H2S04 présente dans l'effluent ou accompagnant la cendre en suspension a pour effet d'amener les particules à abandonner plus facilement leurs charges électrostatiques et de permettre ainsi une bonne précipitation. Comme on le sait, à cette difficulté de récupération des cendres en suspension est lié le problème de "décharge en retour" ou de "effet couronne en retour". En fait, les situations où s'observe une forte résistivité de la poussière sont marquées par la formation d'un arc à travers la couche de poussière et il se produit un gradient de tension inadéquat autour de l'électrode de décharge avec des effets couronne constants, de sautes de courant et maintes autres difficultés qui empêchent le processus normal de charge des particules de poussière suivi de leur précipitation efficace. En conséquence, en vue de faciliter ce processus, l'in- vention a principalement pour but de fournir un dispositif de conditionnement d'effluent gazeux permettant de vaporiser H2504 ou de le décomposer puis de le reformer en majeure partie sous forme de condensat ou d'une couche monomoléculaire adsorbée sur les particules de cendres en suspension en amont de l'appareil de précipitation afin de réduire la résistivité des particules et améliorer leur précipitation électrique. L'invention vise également à fournir un dispositif de formation et d'introduction d'un mélange air-acide assurant la manipulation de H2S04 en amont du dépoussiéreur électrique de fa çon à réduire le plus possible les problèmes de corrosion dans l'ensemble de 11 installation, le dispositif permettant en outre de réduire le débit d'acide lorsque la température arrive au voisinage du point de rosée. En conséquence, l'invention a pour objet un dispositif de conditionnement d'un effluent gazeux chargé de particules de cendres en suspension avant l'opération de dépoussièrage électrique caractérisé en ce qu'il comprend - a) un réchauffeur servant à amener un fluide, pouvant être de l'air, de la vapeur ou des mélanges air-vapeur, à une température supérieure à 20400 - b) une arrivée de fluide branchée sur le réchauffeur pour y introduire le fluide - c) une évacuation du fluide chauffé permettant de l'envoyer à un mélangeur-vaporisateur - d) un mélangeur-vaporisateur relié à (c), comprenant une zone de mélange et une zone de vaporisation de forme allongée dans le sens de l'écoulement de façon que le temps de séjour dans cette zone soit suffisant pour assurer la gazéification pratiquement complète de l'acide sulfurique et former un mélange acide gazéifié fluide - e) une conduite d'évacuation permettant de transférer le mi; acIde ac: ire du mélangeur-vaporisateur à un distributeur - f) une vanne de commande d'introduction de l'acide sulfurique dans le mélangeur-vaporisateur - g) un indicateur-régulateur de température, d'une part relié au mélangeur-vaporisateur et sensible à sa température, et d'autre part relié à la vanne (f) de manière à commander en fonction de cette température le débit de l'acide sulfurique dans le mélangeur-vaporisateur - h) un distributeur relié à la conduite (e) servant à introduire le mélange acide en plusieurs points d'un conduit d'effluent gazeux - i) un conduit d'effluent gazeux, relié au distributeur, dans lequel s'effectue la condensation de l'acide ou la reformation de l'acide décomposé sous forme d'une couche monomoléculaire adsorbée sur les particules de cendres charriées par effluent circulant dans le conduit, de manière à diminuer la résistivité de ces partiles avant a précipitation électrique. D'une façon générale, le courant gazeux chaud peut être de itair préalablement chauffé vers 2430C, ou davantage, avant de venir au contact de l'acide sulfurique injecté, pour le vaporiser ou le décomposer en eau et trioxyde de soufre, ctest-à- dire pour effectuer une gazéification de la forme H2S04 -:HsO + On peut également mélanger de la vapeur surchauffée sous haute pression, à une température élevée équivalente, à l'acide injecté, en faisant entrer le mélange dans une zone de vaporsation de dimensions réduites pour y produire la gazéification complète de H2S04. Les zones de mélange et de vaporisation sont généralement doublées de verre ; elles doivent de préférence avoir une forme allongée pour permettre un mélange efficace du courant gazeux chaud avec l'acide et la gazéification pratiquement totale de l'acide. te mélange chaud est ensuite envoyé par des conduites à parois intérieures de verre, ou des tubes quelconques résistant à la corrosion, à un distributeur convenable permettant de répartir uniformément le mélange dans le conduit amenant au dépoussièreur électrique l'effluent gazeux chargé de cendres entraînées.Normalement, le courant d'effluent est sensiblement plus froid que le mélange chaud, en sorte que le mélange se reforme ou se condense et s'adsorbe sur les particules de cendres dans la zone de condensation du conduit d'effluent en amont du dispositif de précipitation électrique. te courant principal d'effluent doit être maintenu généralement à une température approximativement comprise entre 1320 et 165oc, de telle manière que E2S04 s'adsorbe ou se condense sous forme d'une couche monomoléculaire sur les particules entrainées. La quantité d'acide à ajouter au courant d'effluent doit être suffisante pour fournir l'équivalent d'environ 10 à 30 ppn; de préférence de 20 ppm, ou volumes de trioxyde de soufre par million de volumes d'effluent gazeux. La teneur en SO2 de ce gaz, lorsqu'il provient de la combustion du charbon, est de tordre de 500 ppm, on voit donc que la quantité d'acide sulfurique, mesurée en teneur en SO3, est de l'ordre de 1/20 de celle du 502. Il apparaît également souhaitable d'augmenter la quantité de- sulfate soluble dans l'eau répartie sur les partic!lles de cendres suspendues dans un courant d'effluent et ce résultat peut etre atteint de fa çon éqi; ;rivalente par l'adsorption de H2S04 sur les particules de cendres. Du point de vue des propriétés physiques, l'acide sulfuri- que commence à se vaporiser au volsinage de 1320 et il se vaporise -complètement et/ou se décompose vers 32300. Il est donc souhaitable d'utiliser un courant gazeux, servant à la fois de vecteur et d'agent chauffant dans la zone de mélange et/ou de vaporisation de l'acide sulfurique, ayant une température supérieure à 20400 environ et, de préférence, supérieure à 2430C pour assurer rapidement la vaporisation et/ou la dissociation. te dispositif selon l'invention comprend également une commande automatique fonctionnant de façon telle que si la température du mélange gazeux, voisine de 2040C, n'est pas maintenue au degré suffisant le courant d'acide se trouve coupé, pour empé- cher le passage d'acide brut de la zone de vaporisation au conduit d'effluent gazeux par les conduites de transfert. Un autre dispositif de régulation peut comporter un organe sensible à la température et un organe de commande, ou un dispositif de mesure du point de rosée placé au point d'introduction du mélange acide dans le conduit de gaz, de telle sorte-que si le mélange chaud d'air et de H2S04 vaporisé se refroidit au voisinage du point de rosée, le débit d'acide introduit dans le dispositif de conditionnement se trouve réduit ou arrêté.On peut utiliser d'autres moyens de régulation de la température pour maintenir une température adéquate dans la zone de chauffage en amont de la zone de mélange et de vaporisation. En général , le rapport en poids,courant d'air chaud/ acide est de l'ordre de 15 à 35. Si on ajoute 12,5 kg par heure d'acide à 230 kg par heure d'air dans le mélangeur-vaporisateur le rapport en poids air/acide est de 230/12,5 = 18,4. La température au point d'introduction du mélange chaud air-acide dans l'effluent gazeux ne doit pas être inférieure au point de rosée du mélange. te tableau suivant donne le point de rosée pour différents rapports en poids air/acide. Rapport en poids air/acide 42 35 ?9,5 24,6 20,4 17 Point de rosée (OC) 199 204 210 216 221 227 te point de rosée du mélange 18,4 : 1 mentionné ci-dessus serait de l'ordre de 22400. Le dessin annexé représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel on additionne de l'acide sulfurique à un courant d'effluent gazeux pour conditionner les particules de cendres qui s' y trouvent en suspension, en amont d'un dépoussièreur électrique. te four et le dépoussièreur ne sont pas représentés sur le dessin. L'air arrive par une conduite 1 dans un filtre 2 et, de là, par une conduite 3 commandée par une vanne 4 dans le réchauffeur 5. Ce dernier est chauffé par l'intermédiaire d'une self à noyau saturable 6, alimentée par un câble 7. La self 6 est alimentéeen énergie électrique par des conducteurs 9 reliés à untransformateur 8 qui reçoit le courant d'une source de 12 kVA sous 550 volts, par des conducteurs 10. L'air à l'intérieur du réchauffeur est chauffé au-dessus de 204 C, de préférence vers 2430C, en sorte que l'air qui passe par la conduite 11 dans la zone de mélange 12 est assez chaud pour assurer rapidement la vaporisation ou la décomposition de H2S04 entrant par une conduite 16. L'acide est alimenté par une conduite 13, une pompe 14 branchée sur la conduite 16 qui est commandée par une vanne 15. La zone 12 débouche sur une zone de vaporisation 17 d'où le courant d'acide pratiquement décomposé passe dans une conduite 18. Comme on le voit sur le dessin ; le vaporisateur 17 a une forme allongée pour assurer un temps de séjour convenable pour la gazéification complète de l'acide.Les parois intérieures de la chambre 17 et de la conduite 18 doivent être en verre ou en un matériau résistant à l'acide pour éviter la corrosion sous l'effet du courant acide. En outre le vaporisateur 17 et la conduite 18 doivent être bien isoles pour réduire le plus possible les pertes thermiques. La conduite 18 est reliée à un distributeur 19 à plusieurs branches 20 qui débouchent à l'intérieur du conduit d'effluent gazeux 21. Par cet agencement, l'acide est introduit d'une façon uniforme par un certain nombre de tuyaux 20 dans le courant d'effluent gazeux en amont d'un dispositif de précipitation électrique des poussières (non représenté). La multiplicité des tuyaux20 permet d'obtenir de façon uniforme la condensation et l'adsorption de H2S04 sur les particules de poussiEres suspendues dans le courant da gaz. D'un point de vue pratique, il doit y avoir au moins une faible portion du conduit fonctionnant comme zone de condensation et d'adsorption entre le point d'introduction du mélange air-acide et l'entrée du dépoussièreur électrique pour permettre la reformation et la condensation de l'acide sur les particules de cendres. La température du courant gazeux circulant dans le conduit 21 n'est nullement limitée à une valeur donnée. Elle doit seulement être juste supérieure au point de rosée du mélange gazacide et effluent gazeux formé dans la zone d'adsorption, géné ralement de l'ordre de 1320 à 1630C pour permettre la condensation de placide ou la reforrnation de l'acide décomposé, sous forme d'une couche monomoléculaire adsorbée sur les particules entrat- nées.Bien que l'introduction effective d'une certaine quantité de S03 dans le aépoussiéreure électrique n'ait pas d'effets déiDa- vorables, et soit avantageuse en ce qu'elle conditionne l'effluent gazeux dont les particules entraînées en suspension présentent ainsi une moindre résistivité au niveau des électrodes collectrices du dépoussiéreur, il apparaît plus avantageux de "conditionner" les particules elles-mêmes conformément à l'invention. Il est donc nécessaire de diminuer la résistivité des particules en suspension en amont des électrodes collectrices, ce qui permet la neutralisa t-on convenable des particules et leur chute dans des bacs récepteurs.Ceci élimine pratiquement l'effet "couronne en retour qui tend à se produire par accumulation de cendres de type résistif sur les électrodes. Pour avoir un fonctionnement satisfaisant du dispositif il est prévu une régulation de la température comprenant un organe de mesure de la température 22 placé dans le réchauffeur 5 relié à un dispositif de commande 23 relié lui-même à la bobine 6 par un conducteur 24 et à un relais 25 par un conducteur 26, de manière a maintenir un apport de chaleur convenable pour le chauffage de l'ait avant dans le réchauffeur. Il est également prévu une couandb - sécurité avec un conducteur 27 transmettant à la van- ne ?- 1 signal du relais 25 pour couper le débit d'acide dans la conduite 16, si l'air ou la vapeur sortant du réchauffeur 5 à une température inférieure à une valeur prédéterminée. L'ensemble de régulation doit également comporter un débitmètre 28 placé sur la conduite 3 en liaison avec la vanne 4 et le relais 25 par le conducteur 29, de manière à ce qu'une quantité convenable et mesurée d'air entre dans le réchauffeur 5 et la zone de mélange 12, afin de maintenir un rapport désiré air-acide. Un indicateur de température 30 placé à la sortie du vaporisateur 17 est relié à un régulateur de température 3-1 en liaison avec le relais25 par l'intermédiaire d'un conducteur 32, l'ensemble fonctionnant de manière à réduire le débit d'acide introduit en cas de chute de la température du mélange air-acide. Dans un agencement de régulation, on peut prévoir un dispositif de commande 33 en fonction du point de rosée détecté par un organe sensible 34 placé dans le conduit 21, le signal étant transmis au relais 25 par des liaisons 35 et 36. Dans ces conditions, lorsqu'on approche de la température d'un point de rosée, le débit d'acide dans -la conduite 16 se trouve réduit ou coupé pour éviter des conditions corrosives dans le conduit 21. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées aux circuits des fluides ainsi qu'à certaines parties des appareils prévus dans le dispositif selon l'invention. Par exemple, le chauffage à l'intérieur de la chambre 5 peut s'effectuer par un enroulement résistant monté -dans la zone de chauffage au lieu de l'agencement prévu avec le "réacteur à noyau saturé". Pour la vaporisation ou la gazéification de H2S04, on peut utiliser divers types d'injecteurs de mélange ou de zones dé mélange à chicanes. Egalement, la zone de vaporisation de l'acide doit être située assez près du conduit d'effluent gazeux pour éviter l'emploi d'ne longue canalisation de transfert du mélange de gaz chaud et d'acide depuis cette zone jusqu'au conduit d'effluent. Si on utilise de la vapeur surchauffée au lieu d'air, on peut éliminer l'appareillage prévu pour le chauffage de l'air. REVENDICATIONS 1. Dispositif de conditionnement d'un effluent gazeux chargé de particules de cendres en suspension avant précipitation électrique caractérisé en ce qu'il comprend (a) un réchauffeur servant à amener un fluide, choisi parmi l'air, la vapeur ou des mélanges air-vapeur, à une température supérieure à 204 C, (b) une arrivée de fluide branchée sur le ré chauffeur pour y introduire le fluide, (c) une évacuation du fluide chauffé permettant de l'en- voyer à un mélangeur-vaporisateur, (d) un mélangeur vaporisateur relié à (c), comprenant une zone de mélange et une zone de vaporisation de forme allongée dans le sens de l'écoulement de façon que le temps de séjour dans cette zone soit suffisant pour assurer la gazéification pratiquement complète de l'acide sulfurique et former un mélange acide gazéifié fluide, (e) une conduite de transfert de ce mélange du mélangeur-vaporisateur à un distributeur, (f) une vanne de commande d'introduction de l'acide sulfurique dans le mélangeur vaporisateur, (g) un indicateur-régulateur de température, d'une part relié au mélangeur-vaporisateur et sensible à sa température et d'autre part relié à la vanne (f) de manière à commander, en fonction de cette température, le débit de l'acide sulfurique, (h) un distributeur relié à la conduite (e) servant à introduire le mélange acide en plusieurs points d'un conduit d'effluent gazeux, (i) un conduit d'effluent gazeux relié au distributeur dans lequel s'effectue la condensation de l'acide ou la réformation de l'acide décomposé, sous forme d'une couche monomoléculaire adsorbée sur les particules-de cendres charriées par l'effluent circulant dans le conduit, de manière à diminuer la résistivité de ces particules avant la précipitation électrique. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un indicateur de point de rosée en relation avec l'intérieur du conduit d'effluent gazeux et actionnant un dispositif de commande en liaison avec la vanne de commande d'introduction de l'acide dans le mélangeur-vaporisateur, de manière à faire varier le débit d'acide suivant le signal transmis par l'indicateur de point de rosée.