Brevet FR2395463A1 — publié le 19790119

L'invention concerne une chaudière contenant un appareil de dénitration, et notamment une chaudière renfermant un réacteur destiné à réduire et à éliminer les oxydes d'azote présents dans les gaz de combustion. Divers équipements de combustion comportant des chaudières normales ou des chaudières de récupération de chaleur perdue comprennent un appareil de dénitration destiné à éliminer les oxydes d'azote présents dans les gaz de décharge. En général, cet appareil de dénitration est placé en aval d'un collecteur de poussière, c2est-à-dire dans le passage des gaz immédiatement en amont d'une cheminée. Cependant, la température des gaz de décharge arrivant dans l'appareil de-dé#ra- tion étant trop faible pour provoquer la dénitration, il est nécessaire d'équiper ce type d'appareil & un four élevant la température et d'un échangeur rotatif de chaleur. En particulier, l'invention concerne un appareil de dénitration de fumées du type fonctionnant à sec pour lrélimi nation d'oxydes d1azote (NOx) de gaz de décharge. L'un de ces procédés est basé sur une réaction avec 11 ammoniac, cette réaction étant exprimée par la formule suivante Cette réaction de dénitration est obtenue par réaction d'un catalyseur dont les caractéristiques constituent le facteur le plus important. les températures optimales de réaction pour de tels catalyseurs sont en général comprises entre 350 et 500 C. Par ailleurs, la température des gaz sortant drune chaudière est d'environ 2000C, ce qui nécessite d'associer à l'appareil de dénitration un dispositif élevant la température des gaz résiduaires, comme décrit ci-dessus. En outre, les catalyseurs utilisés dans les appareils classiques de dénitration se présentant sous la forme de pastilles, la conception de ces appareils est telle que de la suie présente dans les gaz de décharge risque de s'accumuler sur la couche de catalyse. Il a donc été nécessaire de mettre en place l'appareil de dénitration en aval du collecteur de poussière, comme décrit ci-dessus et, par conséquent, il en est résulté inévitablement une diminution supplémentaire de la température des gaz de décharge. En outre, le catalyseur se présentant sous la forme de pastilles, il s'est avéré nécessaire de mettre en oeuvre un ventilateur ou autre appareil analogue en raison de la chut#e importante de pression se produisant à travers la couche de catalyse, quel que soit le degré d'étalement de cette couche pour en réduire l'épaisseur. Ceci a également conduit a installer séparément l'appareil de dénitration. L'invention repose sur la découverte du fait que le circuit suivi par les gaz de combustion à l'intérieur d'une chaudière comprend, dans tous les cas, une zone dans laquelle les conditions de température sont particulièrement favorables à la réduction des oxydes d'azote. l'invention concerne principalement la mise en place d'une couche de catalyseur de dénitration et, si-cela est nécessaire, un dispositif introduisant un agent réducteur, par exemple de l'ammoniac, dans ladite zone présentant les conditions optimales de température, en arrière de l'un de plusieurs échangeurs de chaleur placés dans le circuit des gaz de combustion, afin de permettre 1' élimina- tion d'oxydes d'azote sans utiliser un four d'élévation de température, un échangeur rotatif de chaleur, un ventilateur et un récipient contenant une couche de catalyseur, ce qui réduit 11 encombrement au sol de l'installation ainsi que son coût de construction. Blinvention concerne également une chaudière contenant une couche de catalyseur de dénitration constituée d'un certain nombre de corps ou plaques de catalyseur, disposées de manière que leurs surfaces plates soient orientées dans la direction d'écoulement des gaz de combustion, ces plaques étant avantageusement assemblées de manière à former une structure en nid d'abeilles. 'utilisation de telles plaques de catalyseur permet de diminuer la chute de pression se produisant à travers le catalyseur et l'accumulation de la suie sur ce dernier, et elle facilite l'élimination des suies par soufflage.Par conséquent, cet appareil ne cause aucune gent, mâme lorsque la couche de catalyseur n1 est pas placée en arrière du collecteur de poussière. l'invention concerne un appareil de dénitration logé dans une chaudière et dans lequel les plaques de catalyseur sont assemblées pour former un bloc d'une seule pièce placé dans une enceinte dont deux surfaces opposées, orientées dans la direction d'écoulement des gaz, sont ouvertes. Plusieurs de ces blocs sont associés pour former la couche de catalyseur. la formation, l'entretien, le réglage et le remplacement de la couche de catalyseur peuvent s'effectuer très aisément. L'invention concerne également une chaudière à récupération de chaleur, contenant 11 appareil de dénitration décrit ci-dessus, et en particulier une chaudière à récupération de chaleur dans laquelle le gaz résiduaire d'une turbine est introduit. la couche de catalyseur de l'appareil de dénitration et, le cas échéant, un dispositif d'alimentation en agent réducteur sont montés entre un surchauffeur et un évaporateur. l'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels la figure 1 est un schéma de la chaudière à récupération de chaleur selon l'invention, ce schéma montrant également un mode avantageux d'utilisation de cette chaudière; la figure 2 est une coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1~ la figure 3 est une vue en perspective d'un bloc unitaire de catalyseur; la figure 4 est une vue partielle en plan, à échelle agrandie, d'un détail du bloc de catalyseur; et la figure 5 est une vue en perspective d'une enceinte à catalyseur contenant plusieurs blocs assemblés. la figure 1 représente, à titre dtexempîe, la chaudière 1 à récupération de chaleur selon l'invention. l'extrémité In- férieure de cette chaudière présente un orifice 2 d'arrivée de gaz de combustnon, et son extrémité supérieure présente un orifice 3 de sortie qui communique avec un carneau 18. la chaudière renferme, de bas en haut et dans # o#dre indiqué, un surchauffeur-4, un évaporateur 5 et un économiseur 6. Un conduit 8, provenant d'une turbine à gaz montée, par exemple dans une centrale électrique, aboutit à l'orifice 2 d'activée des gaz de combustion.Dans ce cas, les échangeurs de chaleur sont généralement conçus pour des gaz résiduaires de combustion pouvant avoir une température d'environ 6500 à leur entrée dans le surchauffeur 4, une température d'environ 30000 à leur entrée dans l'évaporateur- 5 et une température d'environ 200 C à leur entrée dans l'économiseur 6. Il en résulte que la zone présentant la température optimale de réaction pour le catalyseur est située entre le surchauffeur 4 et l'évaporateur 5. l'installation comprend également un compresseur 9 pour la turbine à gaz 7, un dispositif 10 d'alimentation en naphta, une turbine Il et un générateur 12 de courant électrique relié à l'arbre de sortie de la turbine 11. Des échangeurs 4, 5 et 6 de chaleur, montés à l'intérieur de la chaudière 1, sont utisés pour la production dténergie électrique d'appoint par récupération de chaleur. En particulier, ils sont associés à un accumulateur 13, une turbine 14 à vapeur d'eau dont l'arbre de sortie est relié à un générateur électrique 15, et un condensateur 16 à vapeur d'eau. Ces éléments et le surchauffeur 4, ltévaporateur 5 et l'économiseur 6 sont montés comme représenté sur la figure 1, de manière à constituer un moteur à cycle thermique. l'installation comporte également un conduit 17 d'alimentation en eau d'appoint. La chaudière 1 de récupération de chaleur, réalisée comme décrit- ci-dessus, renferme une couche 20 de catalyseur de dénitration placée entre le surchauffeur 4 et l'évaporateur 5, et un dispositif 21 d'alimentation en ammoniac destiné à introduire de l'ammoniac, qui est un gaz réducteur, dans les gaz de combustion, en amont de la couche 20 du catalyseur de dénitration, ctest-à-dire du coté de cette couche orienté vers le surchauffeur 4. le dispositif 21 d'alimentation en ammoniac comprend, comme représenté sur la figure 2, plusieurs buses 22 dSinjection pénétrant dans le circuit suivi par les gaz à l'intérieur de la chaudière 1, et un dispositif 23 de refoulement de l'ammoniac monté à l'extérieur du circuit des gaz. les buses 22 d'injection présentent chacune un certain nombre d'orifices 22a par lesquels l'ammoniac peut être ajouté uniformément aux gaz résiduaires. En outre, le dispositif 23 comprend une bonbonne à ammoniac, un dispositif de remplacement, un dispositif de réglage de pression et un dispositif de protection contre les chutes de gaz. La couche 20 de catalyseur de dénitration est constituée d'un certain nombre de masses de catalyseur de dénitration en forme de plaques disposées de manière que leurs surfaces planes soient orientées dans la direction d'écoulement des gaz de combustion. Comme représenté sur les figures 3 et 4, il est souhaitable d'utiliser un élément 25 de catalyse en forme de nid d'abeilles, constitué d'un assemblage de plaques planes 25a et de plaques ondulées 25b. En outre, dans cette forme de réalisation, l'élément 25 forme un bloc unitaire 27 logé dans une enceinte 26 dont deux surfaces opposées, orientées dans la direction d'écoulement des gaz, sont ouvertes, comme représenté. Un nombre prédéterminé de ces blocs unitaires 27 sont assemblés dans un cadre 28 comportant à son extrémité inférieure des barres 29 de support.Plusieurs cadres 28 sont disposés longitudinalement, transversalement et verticalement sur un châssis de support dans la chaudière 1, afin de constituer la couche 20 de catalyseur. Il est souhaitable que l'élément 25 de catalyse soit du type décrit dans la demande de brevet français NO 76 19 735, déposée par la même Demanderesse, bien que l'invention ne concerne pas la composition du catalyseur. Il est donc possible d'utiliser des catalyseurs connus ainsi que des catalyseurs ayant de nouvelles compositions. Dans la forme de réalisation décrite ci-dessus, la couche 20 de catalyseur de dénitration et le dispositif 21 d'alimentation en ammoniac étant disposés entre le surchauffeur 4 et l'évaporateur 5, c' est-à-dire dans une zone présentant une température optimale pour la réaction catalytique, il est inutile de mettre en oeuvre un four d'élévation de température, un échangeur rotatif de chaleur et un récipient contenant un catalyseur en couches. De plus, la couche 20 de catalyseur se présentant sous la forme de plaques, la chute de pression qu'elle produit est réduite et il n1 est donc pas nécessaire d'utiliser un ventilateur séparé avec l'appareil de dénitration.En outre, même dans le cas où la couche 20 de catalyseur est placée à l'intérieur de la chaudière 1, aucun défaut de fonctionnement ntapparatt. Cette forme de réalisation entrain également une diminution de la tendance de la suie à s'accumuler sur le catalyseur et elle facilite ainsi ltélimins~ tion de la suie par soufflage. De plus, le catalyseur étant réalisé sous la forme de blocs 27 et ces derniers étant associés pour former une couche, il en résulte une grande facilité pour la formation, le remplacement, l'entretien et le réglage de cette couche de catalyseur. La description précédente a porté sur une chaudière de récupération de chaleur, en particulier une chaudière récupé- rant les gaz d'échappement d'une turbine à gaz. Cependant, l'invention concerne essentiellement la formation d'une couche de catalyseur, en particulier une couche constituée de pièces en matière de catalyse, ayant la forme de plaques et placées dans une zone présentant une température optimale pour la réaction catalytique, dans le circuit des gaz de combustion. l'invention n'est donc pas limitée à une chaudière de récupération de chaleur et elle s'applique à d'autres chaudières. En outre, la dénitration a été décrite sous la forme d'une réaction avec l9smmoniac, cette réaction étant très efficace. Cependant, l'invention s'applique à d'autres réactions permettant une dénitration et utilisant a'autres agents réducteurs tels que le monoxyde de carbone, l'hydrogène gazeux, le méthane gazeux et d'autres hydrocarbures et catalyseurs correspondants. Par exemple, la demande de brevet français NO 73 43 379, déposée par la même Demanderesse, décrit des catalyseurs convenant à cette application. En outre, l'agent réducteur utilisé est le CO, le 112 ou un hydrocarbure ou une association de ces substances, introduite par le dispositif d'alimentation en agents réducteurs. De plus. dans le cas de ces agents réducteurs, il est possible d'éliminer le dispositif d'alimentation et dtintro- duire initialement les agents réducteurs dans les gaz de combustion de la chaudière, par exemple à l'aide d'un dispositif provoquant une combustion incomplète. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la chaudière décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REV2CDICAXIONS 1. Chaudière comportant plusieurs étages d'échange de chaleur placés dans un circuit suivi par les gaz de combustion, la chaudière#étant caractérisée en ce qu'elle contient un appareil de dénitration comprenant une couche de catalyseur de dénitration disposée dans une zone présentant une température optimale- de réaction catalytique et placée en arrière d'un premier échangeur convenable de chaleur, la couche de catalyseur étant constituée d'un certain nombre de pièces en forme de plaques, constituées-dtuna matière de catalyse pour la dénitration et disposées de manière que leurs surfaces planes soient orientées dans la direction d'écoulement des gaz de combustion. 2. Chaudière selon la revendication i, caractérisée en ce que les'plaques de catalyseur sont assemblées pour former une structure en nid- d'abeilles. 3. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques de catalyseur sont assemblées dans un caisson dont deux surfaces opposées, orientées dans la-direc- tion d'écoulement des gaz, sont ouvertes, afin de former un bloc unitaire, la couche de catalyseur étant constituée d'un assemblage de ces blocs. 4. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'alimentation destiné à introduire un agent réducteur dans le courant de gaz de combustion, en amont de la couche de catalyseur. 5. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation en agent réducteur comprend plusieurs buses d'injection faisant saillie dans le circuit suivi par les gaz de combustion et présentant chacune un certain nombre d'orifices d'injection d'agent réducteur, un élément de refoulement de l'agent réducteur étant monté à l'extérieur du circuit des gaz et communiquant avec les buses d'injection. 6. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'agent réducteur est l'ammoniac. 7. Chaudière selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'agent réducteur est du GO, H2 ou un hydrocarbure, ou un mélange de certaines de ces substances. 8. Chaudière selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est du type à récupération de chaleur,la couche de catalyseur de dénitration étant disposée entre le surchauf feur et l'évaporateur de cette chaudière. 9. Chaudière selon la revendication 8, caractérisée en ce que ladite chaudière de récupération de chaleur est alimentée en gaz résiduaires provenant d'une turbine à gaz.