Brevet FR2383396A1 — publié le 19781006

L'invention se rapporte à un procédé pour l'accroissement de l'ascendance de gaz de combustion traversant un désulfureur dans lequel ils sont traités par un liquide de lavage. L'invention se rapporte en outre à un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Afin que les gaz de combustion d'une installation de chaudières d'une centrale thermique alimentée par des combustibles, fuel cil lourd ou charbon, à teneur en soufre, soient le plus possible exempts de fractions renfermant du soufre, en vue de protéger l'environnement, les gaz de combustion doivent être soumis à une désulfuration à la sortie de l'installation, avant d'être envoyés dans l'atmosphère. La désulfuration s'effectue, dans la plus grande majorité des cas, par lavage par épuisement des gaz de combustion, en particulier lorsque ces gaz ont déjà été envoyés à travers un filtre dépoussiéreur, en particulier un électrofiltre. Les gaz de combustion ont alors en général une température d'environ 1500 C, température à laquelle ils sont amenés à une installatien de lavage où ils sont mis en contact, de façon intensive, avec des liquides de lavage appropriés, tels que des suspensions aqueuses d'hydroxyde de calcium, processus au cours duquel les matières acides contenues dans les gaz sont absorbées. Le contact des gaz de combustion avec le liquide de lavage a toutefois pour conséquence que ces gaz se refroidissent d'environ 1500C à environ 500C à 600C. A cette température relativement basse, les gaz de combustion ne peuvent toutefois pas être envoyés dans une conduite d'échappement des gaz, par exemple une cheminée, car une telle température n'est pas suffisante pour conférer aux gaz bru lés une force ascensionnelle ou ascendance leur permettant de circuler à la vitesse requise dans la conduite. En outre, de telles basses températures sont préjudiciables à la conduite d'échappement, du fait qu'on se trouve nettement en dessous du point de rosée des résidus à teneur en acide sulfurique, sur les parois froides de la cheminée. Afin d'assurer l'ascendance requise et d'éviter le plus possible, en même temps, d'être en dessous du point de rosée des résidus à teneur en acide sulfurique, les gaz bru lés étaient jus qu'à présent réchauffés à la sortie du désulfureur, de manière à être amenés à une température d'environ 1200C. Le réchauffage s'effectue en général au contact direct d'une flamme de chauffe aç gaz naturel ou au fuel exempt de soufre. On n'a pas procédé à un chauf fage indirect, par exemple à la vapeur d'eau ou à l'eau chauffée, au moyen d'échangeurs de chaleur, du fait que l'énergie qui est alors requise est bien trop coûteuse.Il y a lieu en outre de prévoir, dans les échangeurs de chaleur disposés dans le courant des gaz brûlés, également une valeur inférieure au point de rosée de l'acide sulfurique, de sorte qu'il est indispensable de recourir, pour les échangeurs de chaleur, à des matériaux de grande valeur, lesquels se répercutent obligatoirement sur les frais de l'ensemble du processus et diminuent en conséquence sa rentabilité. L'invention a en conséquence pour but de fournir à la fois un procédé et un dispositif permettant d'accroître l'ascendance des gaz de combustion ayant traversé le désulfureur ou ils sont traités par le liquide de lavage, applicables, sans gêner le processus de désulfuration, avec une faible dépense de moyens, et en conséquence, avec une rentabilité accrue, et ceci tout en empêchant dans une large mesure une corrosion, par l'acide sulfurique, des conduites des gaz brûlés. Ce but est atteint grâce à un procédé qui, selon l'inventien, est caractérisé en ce qu'on prélève une partie de l'énergie calorifique du courant des gaz de combustion avant son entrée dans le désulfureur, et en ce qu'on transfère cette énergie partielle dans le courant des gaz de combustion à sa sortie du désulfureur. L'idée fondamentale d'un procédé selon 11 invention réside dans le fait d'utiliser l'énergie calorifique contenue dans le courant des gaz de combustion, avant leur entrée dans le désulfureur, en raison de leur température encore élevée, de façon qu'en transférant une partie de cette énergie dans le courant de ces gaz quittant le désulfureur, ce courant soit amené à une température produisant non seulement une ascendance grâce à laquelle le courant gazeux s'écoule à travers une conduite, -telle qu'une cheminée, à la vitesse requise appropriée, mais permettant en outre, de façon relativement simple, de contrôler les courants de gaz de combustion, et éventuellement le transfert thermique, de manière à ne plus être en dessous du point de rosée des résidus d'acide sulfurique. Il est possible, par exemple, selon l'invention, qu'une partie de l'énergie calorifique contenue dans le courant gazeux avant son entrée dans le désulfureur soit cédée en une seule étape au courant gazeux sortant du désulfureur, Suivant une variante pouvant être appliquée avantageusement dans certains cas, une partie de l'énergie calorifique du courant gazeux, avant son entrée dans le désulfureur, est prélevée successivement en au moins deux étapes, ces énergies partielles étant ensuite transmises successivement, en deux étapes, au courant gazeux sortant du désulfureur. Indépendamment de la variante qu'on appliquera de préférence dans chaque cas particulier, chaque méthode présente l'avantage essentiel de permettre une économie considérable d'énergie, du fait qu'il n'est plus nécessaire, ni de recourir à des combustibles supplémentaires pour le réchauffage du courant gazeux sortant du désulfureur, ni d'utiliser des dispositifs transformant ces combustibles. Les frais d'investissement requis pour le transfert d'énergie calorifique d'un courant gazeux à un autre sont faibles, comparativement aux frais courants d'exploitation pour d'éventuelles énergies de chauffe, et sont par ailleurs amortis en peu de temps. Un dispositif selon 11 invention, pour la mise en oeuvre du procédé précité, est caractérisé en ce qu'il comprend une installation de transfert de chaleur comportant, dans un circuit fermé, un véhicule calorifique en circulation qui est soumis à l'action du courant gazeux, d'une part entrant dans le désulfureur, et d'autre part sortant de ce désulfureur. Le véhicule calorifique absorbe donc, par échange thermique, l'énergie calorifique contenue dans le courant gazeux avant son entrée dans le désulfureur, la transporte vers le courant gazeux sortant du désulfureur, énergie qui est cédée à ce dernier courant, également par échange thermique. Comme véhicule calorifique, on peut utiliser l'huile, par exemple.Une telle installation de transfert thermique, pouvant être agencée de façons les plus diverses, présente l'avantage de pouvoir être montée, non seulement sur des installations de chaudières récentes, munies de désulfureurs, mais également ultérieurement, sur des installations de chaudières déjà existantes, par exemple pour centrales thermiques. Conformément à une forme d'exécution préférée, llinstal- lation de- transfert de chaleur montée dans le courant gazeux avant le désulfureur, et dans le courant gazeux après le désulfureur, comporte un échangeur de chaleur formant un circuit fermé du véhicule calorifique. Une telle installation de transfert de chaleur, fonctionnant en une étape, permet par exemple un refroidissement du courant gazeux avant le désulfureur d'environ 1500C à environ 1120C, ainsi qu'un réchauffage du courant gazeux sortant du désulfureur d'environ 550C à environ 940C.Dans tous les cas, il est possible d'éviter le point de rosée de l'acide sulfurique durant toute la mise en service, du fait que le véhicule calorifique en circulation peut être maintenu à des temperatures supérieures à 1000C, et que par conséquent, aucune portion de la surface de l'échangeur de chaleur ne peut se trouver dans la zone du courant gazeux avant le désulfureur, à des températures qui soient inférieures a 1000 C. Une autre forme d'exécution également avantageuse de llin- vention est caractérisée en ce qu'il est prévu, dans chacun des deux courants de gaz de combustion, au moins deux échangeurs montés avec espacement l'un derrière l'autre, dans le sens d'écoulement des gaz de combustion et qui sont reliés à l'un des échangeurs de chaleur dans chaque autre courant gazeux, de manière à former un circuit fermé du véhicule calorifique. Dans le cas d'un tel transfert de chaleur au moins en deux stades, le courant des gaz de combustion avant le désulfureur peut être refroidi dans la zone du premier circuit du véhicule calorifique d'environ 1500C a environ 1200 C, et le courant des gaz de combustion sortant du désulfureur peut être réchauffé d'environ 900C à environ 1200C.On obtient dans le second stade un refroidissement du courant gazeux avant le désulfureur d'environ 1200C à environ 900C, et, par l'intermédiaire du circuit associé du véhicule calorifique, un échauffement du courant gazeux sortant du désulfureur d'environ 600C à environ 900C. Dans cette fo#rme d'exécution, les circuits du véhicule calorifique peuvent être montés efficacement en parallèle. L'échangeur de chaleur soumis en premier lieu au courant gazeux avant le désulfureur est alors accouple a l'échangeur de chaleur soumis en dernier lieu au courant gazeux, après le désulfureur, cependant que l'échangeur de chaleur soumis en dernier lieu au courant gazeux avant le désulfureur est accouplé àl'échangeur soumis initialement au courant gazeux après le désulfureur. On peut également envisager que les circuits de transfert thermique se croisent de telle façon que les échangeurs situés dans le courant gazeux après le désulfureur soient soumis, dans le même ordre que les échangeurs correspondants de chaque circuit, au courant gazeux avant le désulfureur. En subdivisant l'installation de transfert de chaleur en plusieurs parties,-les coûts des échangeurs peuvent être maintenus relativement faibles. Pour chaque partie, il est seulement nécessaire d'utiliser comme matériau pour l'échangeur celui qui résiste aux attaques corrosives les plus fortes. Les risques pour l'ensemble de l'installation se trouvent en même temps diminués. En cas d'endommagement, une partie seulement de l'installation se trouve hors service, la rentabilité diminuant, il est vrai, pendant une courte durée, mais le processus pouvant toutefois se poursuivre. Il est en outre prévu, selon l'invention, d'associer à chaque circuit du véhicule calorifique une pompe de circulation, une conduite de dérivation court-circuitant les conduites de raccordement entre les échangeurs, et une valve de réglage montée dans la conduite de dérivation, commandée en fonction de la température de l'échangeur situé dans le courant gazeux avant le désulfureur. Un montage approprié des conduites de chaque circuit, au moyen d'une dérivation d'une valve de réglage et d'une pompe de circulation, permet d'assurer, sans dépense importante, que les températures des parois de l'échangeur dans le courant gazeux avant le désulfureur ne tombent pas en-dessous d'une valeur déterminée, cette valeur étant fonction de la température du point de rosée de l'acide -sulfurique dans le courant gazeux. Cette mesure permet d'empêcher la corrosion par l'acide sulfurique.Grâce à la régulation prévue du véhicule calorifique en circulation, la capacité de transfert thermique peut être constamment maintenue à une valeur optimale, tout en évitant en même temps le risque de se trouver en dessous du point de rosée, cependant que dans le courant gazeux avant le désulfureur, la température minimale du véhicule calorifique est maintenue à une valeur qui est précisément encore supérieure au point de rosée de l'acide sulfurique, fonction du combustible utilisé dans l'installation de chaudières. Suivant une autre forme d'exécution avantageuse, les échangeurs de chaleur sont agencés sous forme d'échangeurs à tubes à ailettes disposés en serpentins. Conformément à cet agencement, un nombre quelconque de serpentins peut être prévu à chaque fois pour le transfert individuel de chaleur du courant gazeux avant le désulfureur, au courant gazeux après le désulfureur. Chacun de ces réseaux de serpentins ne renferme qu'un volume limité de véhicule calorifique, qui, en cas d'endommagement, peut s'échapper ou s'évaporer, sans être toutefois préjudiciable au processus, en raison du volume maintenu relativement faible. Pour un tel réseau de serpentins, il est également possible de diviser ce réseau en plusieurs éléments individuels extensibles. Suivant une autre variante avantageuse de l'invention, les échangeurs thermiques sont revêtus d'une matière plastique resistant à l'acide sulfurique. Un revêtement de matière plastique des surfaces d'échange de chaleur est avantageux par exemple dans le cas où l'ensemble de 1'installation étant hors service, le franchissement du point de rosée de l'acide sulfurique ne peut être évité, du moins pendant une courte durée, mais doit même être assure de façon que les surfaces échangeuses de chaleur résistent à cette sollicitation élevée. Enfin, il est prévu, suivant une autre caractéristique de l'invention, que, lors de l'agencement d'au moins deux échangeurs montés en série, à distance l'un de l'autre, dans le courant gazeux avant le désulfureur, la résistance à la corrosion des échangeurs individuels est différente. De cette façon, les coûts des échangeurs de chaleur peuvent être maintenus faibles, du fait qu'on utilise à chaque stade uniquement le matériau indispensable pour éviter de fortes corrosions. On peut se dispenser, dans l'invention, de l'emploi de matériaux de grande valeur. Une durée et une sécurité de service satisfaisantes sont également obtenues dans le cas de tubes à ailettes en acier zingué normal, lesquels peuvent être revêtus, conformément à l'invention, de matière plastique. Un tel revêtement de matière plastique peut être obtenu au trempé ou par vernissage par immersion. La figure unique du dessin annexé représente sch#matique- ment et à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. Sur ce dessin, on a désigné par 1 un électrofiltre servant à la séparation des particules de poussière d'un courant de gaz de combustion sortant d'une installation-de chaudières d'une centrale thermique à chauffe au fuel-oil lourd à teneur en soufre, cette installation n'ayant pas été représentée-. Le courant A des gaz de combustion quitte l'electrofiltre à une température d'environ 1500C. Il circule ensuite, dans le sens des flèches, à travers un échangeur de chaleur 2 à tubes à ailettes revêtus de matière plastique, lequel forme un élément d'un -circuit fermé 3 d'un véhicule calorifique. Après avoir traversé 11 échangeur de chaleur 2, le courant gazeux A est encore à une température d'environ 1200C, température à laquelle il pénètre dans un autre élément d'un second circuit 4 d'un véhicule calorifique, élément formé par un échangeur de chaleur 5 à tubes à ailettes également revêtus de matière plastique. Lorsqu'il quitte l'échangeur 5, le courant gazeux A est à une température d'environ 900C, température à laquelle il est amené à un désulfureur par voie humide 6. A l'intérieur de ce désulfureur, le courant gazeux est mis intensément en contact avec un liquide de lavage, par exemple une suspension aqueuse d'hydroxyde de calcium, ce qui permet d'absorber les constituants acides des gaz de combustion. A la sortie du désulfureur par voie humide 6, le courant gazeux B est à une température d'environ 600C et est envoyé, à cette température, à travers un redresseur séparateur 7. Le courant gazeux B parcourt ensuite un autre échangeur de chaleur 8 à tubes à ailettes éventuellement revêtus de matière plastique, qui forme également un élément du circuit de transfert 4. Le véhicule calorifique, huile par exemple, circulant dans ce circuit, absorbe dans l'échangeur de chaleur 5 l'énergie calorifique du courant gazeux A et transmet cette énergie. au courant gazeux B, par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 8, de sorte que ce courant gazeux est à une température d'environ 900C à sa sortie dudit échangeur 8. Le courant gazeux continue de s'écouler dans un second échangeur de chaleur 9 à tubes à ailettes éventuellement revêtus de matière plastique, lequel forme un élément du circuit de transfert 3. Le véhicule calorifique, huile par exemple, circulant dans ce circuit, transmet l'énergie calorifique absorbée par l'intermédiaire de l'échangeur de chaleur 2, dans la zone de l'échangeur 9, au courant gazeux B, et porte sa température d'environ 900C à environ 1200C, température à laquelle le courant gazeux B est envoyé, avec une ascendance suffisante, dans la cheminée 10. Chacun des deux circuits de transfert 3, 4 comprend les échangeurs de chaleur, respectivement 2, 9 et 5, 8, disposés en serpentins, ces échangeurs étant montés en ci#rcuit fermé, par 1 'in- termédiaire des conduites 11, 12. Ces deux conduites 11, 12, dans chaque paire, peuvent communiquer par une conduite de dérivation 13, une valve de réglage 14 étant montée sur chacune de ces dérivations. On notera par ailleurs que le véhicule calorifique de chaque circuit 3 ou 4 est maintenu en mouvement par l'intermédiaire d'une pompe de circulation 15. Grâce au#réseau, représenté sous forme simplifiée, de la dérivation 13 avec la valve de.réglage 14 et de la pompe de circulation 15, il est possible que lors de l'écoulement A des gaz avant l'entrée dans le désulfureur 6, les températures des parois des échangeurs 2 et 5 ne tombent pas en dessous d'une valeur déterminée, cette valeur étant fonction de la température de rosée de l'acide sulfurique dans le courant gazeux A. Grâce au réglage du débit du véhicule calorifique en circulation, la capacité de transfert de chaleur peut être constamment maintenue à une valeur optimale. En même temps, on ne risque pas de tomber en dessous du point de rosée, du fait qu'à chaque fois, la température minimale du véhicule calorifique est maintenue dans le courant gazeux A avant l'entrée dans le désulfureur 6, à une valeur qui est précisément encore su périeure à celle du point de rosée de l'acide sulfurique, qui est fonction du combustible utilisé dans l'installation de chaudières non représentée. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour l'accroissement de l'ascendance de gaz de combustion traversant un désulfureur dans lequel ils sont traités par un liquide de lavage, caractérisé en ce qu'on prélève une partie de l'énergie calorifique du courant (A) des gaz de combustion avant son entrée dans le désulfureur (6), et en ce qu'on transfère cette énergie partielle dans le courant (B) des gaz de combustion à sa sortie du désulfureur (6 > . 2. procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prélève une partie de l'énergie calorifique du courant (A) des gaz de combustion, successivement en au moins deux étapes (2,5) et en ce qu'on transfère ces énergies partielles dans le courant (B) des gaz de combustion, à sa sortie du désulfureur (6), successivement en deux étapes (8, 9). 3. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une installation de transfert de chaleur (2, 9 et 5, 8) comportant, dans un circuit fermé (3 et 4), un véhicule calorifique en circulation qui est soumis à l'action du courant gazeux (A et B), d'une part entrant dans le désulfureur (6), d'autre part sortant de ce désulfureur (6). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'installation de transfert de chaleur montée dans le courant gazeux (A) avant le désulfureur (6) et dans le courant gazeux (B) après le désulfureur (6), comporte un échangeur de chaleur (2, 9 et 5, 8) formant un circuit fermé du véhicule thermique 13 et 4). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans chacun des deux courants gazeux (A, B), au moins deux échangeurs de chaleur (2, 5 et 8, 9) montés avec un espacement, l'un derrière l'autre, dans le sens d'écoulement des gaz de combustion, et qui sont reliés avec l'un des échangeurs de chaleur (9, 8 et 5, 2) dans chacun des autres courant gazeux (B, A), de manière à former un circuit fermé (3, 4) du véhicule calorifique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'une pompe de circulation (15), une conduite de dérivation (13) reliant les conduites de raccordement (11, 12) entre les échangeurs de chaleur (2, 9 et 5, 8), et une valve de réglage (14) montée dans la conduite de dérivation commandée en fonction de la température de l'échangeur (2 ou 5) situé dans le courant gazeux (A) avant le désulfureur, sont associées à chaque circuit (3, 4) du véhicule calorifique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (2, 5, 8, 9} sont agencés sous forme d'échangeurs à tubes à ailettes disposés en serpentins. 8. Dispositif selon 11 une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les échangeurs de chaleur (2, 5, 8, 9) sont revêtus de matière plastique résistant à l'acide sulfurique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que, dans l'agencement d'au moins deux échangeurs de chaleur (2, 5) montés avec un espacement, l'un der rière l'autre, dans le courant gazeux (A) avant le désulfureur (6), la résistance à la corrosion des échangeurs individuels est différente.