Brevet FR2440767A1 — publié le 19800606

Cette invention concerne un procédé et un dispositif pour purifier des gaz, provenant de fours de traitement thermique, contenant des constituants fondus et vaporisés et pour récupérer les produits fondus et éventuelle- ment la chaleur. Dans de nombreux domaines techniques, il est nécessaire de brûler des matériaux contenant des métaux, des sels et des oxydes en plus des substances combustibles. Le but du procédé de combustion est d'une part, la récu pération de l'énergie ainsi libérée et d'autre part, la récupération des produits chimiques incombustibles. L'importance relative de ces deux facteurs est fonction de l'application. L'objet principal de la combustion des liqueurs épuisées provenant des procédés de pulpation est, en général, la récupération des consituknts chimiques, la récupération de la chaleur, bien qu'étant importante, ne constituant qu'un objectif secondaire.Dans les procédés métallurgiques de fusion, la récupération du métal constitue l'objectif essentiel et la récupé- ration de la chaleur ne constitue qu'un objectif secondaire. Lorsque l'on brûle des liqueurs, provenant de différents procédés de traitement thermique, par exemple des liqueurs résiduelles des distilleries d'alcool, le but du procédé est la destruction de la liqueur, cependant la récupération de l'énergie thermique peut rendre le procédé rentable. Cependant, tous ces procédés de combustion engendrent des gaz de combustion qui contiennent des constituants fondus. En outre, les substances incombustibles, elles que les sels et les oxydes, subis sent généralement une évaporation considérable. Dans le domaine de température eutectique, les sels et les oxydes fondus et évaporés provoquent une contamination sévère des surfaces de récu pération thermique; par conséquent, le procédé de combustion, dans les chaudières modernes à vapeur, est mis en oeuvre dans une chambre de radiation de grande dimension et on évite la formation de petites gouttelettes de produits fondus. Les chambres de radiation doivent être de dimensions importantes afin d'obtenir une solidification aussi complète que possible avant les surfaces de convection. Cependant, du point de vue du processus de combustion, des gouttelettes importantes de produits fondus présentent des inconvénients. L'aptitude des chambres de radiation à la séparation des gouttelettes est basée, avant toute chose, sur la faible vitesse du gaz qui entraide une structure coûteuse et importante. En général, la température après la chambre de radiation d'une chaudière de liqueur est très proche de la région eutectique difficile et les gaz de combustion contiennent encore une quantité considérable de particules adhérentes. Afin d'être certain des possibilités de la chaudière, les canaux entre les surfaces de convection, faisant suite à la zone de radiation, sont importants et ils sont pourvus de souffleurs de suie efficaces. Cependant toutes ces mesures augmentent également le prix de revient et le coût de fonctionnement de la chaudière. Dans l'industrie métallurgique, la chambre de combustion est en général suivie par une chambre de décantation pour les produits fondus, à partir de laquelle les gaz sont habituellement dirigés dans une chaudière à chaleur de récupération. Cette chaudière est généralement réalisée sous la forme d'une unité séparée à laquelle la chambre de combustion et la chambre de décantation sont connectées par l'intermédiaire d'un canal de gaz de combustion. La chambre de décantation constitue un séparateur de produits fondus plutôt inefficace et, étant donné qu'il n'est pas refroidi, il est tout à fait incapable d'éliminer des gaz les constituants vaporisés. L'idée essentielle, à la base du procédé selon l'invention, est d'éliminer des gaz les constituants fondus qui provoquent des perturbations, dans un domaine de température dans lequel les sels et oxydes vaporisés se conden sent dans des proportions importantes sur les surfaces refroidies d'un séparateur de gouttelettes, mais dans lequel les constituants fondus sont encore à l'état liquide. Afin d'obtenir ce résultat, on amène les gaz à passer à grande vitesse, au travers d'un canal muni de moyens provoquant des turbulences. Les particules fondues qui viennent frapper contre ces moyens y adhèrent ce qui assure leur séparation du gaz. En même temps, le gaz est refroidi indirectement par le fluide d'échange thermique caloporteur s'écoulant au travers des moyens provoquant la turbulence, ce qui entraine la condensation sur leurs surfaces des constituants vaporisés. L'unité de combustion comprend une chambre de combustion fonc tionnant de manière connue en soi, dans laquelle la liqueur devant être brillée est délivrée finement atomisée et un séparateur refroidi conçu de façon à réaliser une séparation efficace des constituants fondus, ce séparateur étant po sitionné après la chambre de combustion. La capacité de transfert thermique du séparateur est choisie de telle manière que, à la température de sortie des gaz de combustion, le constituant fondu est encore à l'état liquide mais que pratiquement tous les sels vaporisés sont condensés. Le procédé selon cette invention est également applicable aux procédés de fusion métallurgique. Parmi les avantages qu'il apporte, on peut citer une séparation efficace du constituant fondu et un équipement peu coûteux. La séparation des gouttelettes est essentiellement réalisée par l'intermédiaire du mouvement turbulent des particules qui amène les particules à frapper les surfaces refroidies du séparateur. La version la plus simple d'un tel séparateur consiste en un groupe de conduites refroidies disposées suffisamment proches les unes des autres. La séparation des gouttelettes peut être rendue encore plus efficace en soumettant l'écoulement gazeux à de rapides changements de direction. Pour obtenir une turbulence convenable et un effet d'inertie efficace, la vitesse d'écoulement du gaz dans le séparateur doit dépasser 6 m/sec., par exemple elle doit être de 10 à 50 m/sec. et de préférence de 20 à 40 m/sec.L'eau de la chaudière peut être utilisée comme agent refroidissant, dans ce cas la partie de l'énergie calorifique qui est nécessaire pour réaliser l'évaporation dans la chaudière est obtenue à partir du séparateur. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence ax dessinsannexésqui en illustrent divers exemples de réalisation non limitatifs. Sur les dessins La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention dans une unité de combustion munie d'un appareil de récupération de la chaleur; la figure 2 est une vue en coupe selon A-A de la figure 1, et, les figures 3 à 6 représentent diverses variantes correspondant à la figure 2. On se réfère en premier lieu aux figures 1 et 2 qui représentent l'unité de combustion. Sur ces figures, la référence 1 désigne une chambre de combustion dans laquelle le matériau devant être brûlé est amené au travers d'une buse 2, l'air étant délivré par l'intermédiaire d'une ouverture 3. Les gaz de combustion provenant de la chambre de combustion sont amenés dans un séparateur 4 qui comporte des moyens provoquant une turbulence délimitant un certain nombre de canaux d'écoulement parallèles 5. Dans cet exemple de réalisation, ces moyens provoquant une turbulence sont constitués par un certain nombre de conduites 7, 8, 9 et 10, dans lesquelles circule un fluide refroidissant, et par des plaques 11 reliant respectivement les unes aux autres les conduites 7-8, 8-9, 9 et 10.Les conduites 8, 9 et 10, en regard des conduites 7, par rapport au sens de 11 écoulement, sont positionnées de fa çon à former des canaux en zig-zag, au travers desquels les gaz de combustion sont amenés à passer à grande vitesse et dans lesquels on modifie de façon répétitive la direction de l'écoulement du gaz On crée ainsi une turbulence dans les canaux, ce qui provoque une séparation de la plus grande partie des particules du matériau fondu présentes dans les gaz de combustion, lorsqu'elles viennent heurter les moyens créant la turbulence dans le séparateur, les constituants vaporisés étant condensés sur ses surfaces refroidies.Les conduites forment un angle de 450 avec l'horizontale, ce qui fait que les constituants fondus s'écoulent le long des surfaces des moyens créant la turbulence, sur une surface inclinée 12 d'unité de combustion et ils continuent à s'écouler vers les parties les plus profondes d'un canal de gaz de combustion 13 d'où ils sont extraits auXtravers d'une ouverture 14. Ensuite, les gaz de combustion pratiquement purs sont dirigés dans un dispositif de récupération 15, dans lequel est délivré le liquide de refroidissement, qui s'est écoulé au travers du séparateur, et dans lequel est engendré de la vapeur de manière connue en soi. Les figures 3 à 6 illustrent des variantes du séparateur. La figure 3 représente un mode de réalisation dans lequel une plaque de guidage est fixée aux conduites 7, 8, 9 et 10, de telle manière que les plaques 16 fixées aux conduites 7 et 9 forment un angle avec les plaques 17 fixées aux conduites 8 et 10. La figure 4 illustre un mode de réalisation dans lequel la turbulence recherchée et les modifications dans la direction de l'écoulement des gaz sont engendrés en décalant les rangées de conduites les unes au dessus des autres. La figure 5 représente un exemple de réalisation dans lequel un fer cornière 18 a été fixé aux conduites 7 à 10 de façon à ménager une conduite en forme d'auge dans laquelle peut s'écouler le produit fondu. Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, les conduites 7 et 9, 8 et 10 ont été reliées par des plaques parallèles disposées dans le sens de l'écoulement des gaz. Il demeure bien entendu que le séparateur peut être réalisé sous la forme de tout autre type de moyens créant une turbulence que ceux représen tés sur le dessin. Afin de permettre au produit fondu de s'écouler le long des moyens créant la turbulence, il est nécessaire qu'ils forment un angle de 10 à 90 , de préférence de 30 à 60 , avec l'horizontale. L'exemple non limitatif donné ci-après illustre un mode d'application de cette invention. Exemple On a brillé dans une chaudière à vapeur conforme à la figure 1, une liqueur épuisée provenant d'une installation de cellulose à sulfate et présentant une teneur en produits secs de 60 %. Selon les analyses, la composition des produits secs était la suivante C = 0, 38 H = 0, 04 S = 0, 05 Na = 0, 19 2 = 0, 34 La combustion a entraidé la formation de cendres à partir de 35 à 40 % de la quantité de produits secs. La combustion a été effectuée dans des conditions oxydantes, avec un coefficient d'air allant de 1, OS à 1, 20.Le séparateur utilisé était identique à celui représenté à la figure 4; le diamètre externe des conduites était de 33 mm, le passage libre 1 entre les conduites étant égal à 67 mm, et la vitesse d'écoulement dans la section correspondante étant de 20 m/sec. La température moyenne de combustion avant le séparateur était de l0700C et après le séparateur de 9000 C. On a utilisé comme agent de refroidissement de l'eau de la chaudière saturée présentant une pression absolue de 11 bars. La capacité de refroidissement du séparateur, dans cet exemple, était de 10 à 15 % de la capacité totale de création de vapeur. L'effet séparateur calculé sur la base de la teneur en sodium était d'environ 88 %, c'est-à-dire qu'environ 12 % du produit fondu est entrainé vers les surfaces chaudes après le séparateur. On peut bien entendu obtenir de meilleurs résultatas. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation et d'application donnés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de purification de gaz contenant des constituants fondus et vaporisés et de récupération des produits fondus et éventuellement de la chaleur, caractérisé en ce que l'on fait passer les gaz, à grande vitesse, au travers d'un canal pourvu de moyens créant une turbulence auxquels viennent adhérer les particules fondues lorsqutelles viennent les frapper, ce qui assure leur séparation des gaz, et en ce que les gaz sont; en même temps, refroidis indirectement par un fluide échangeur de calories qui circule au travers des dits moyens ce qui amène les constituants vaporisés dans les gaz à se condenser sur les surfaces des moyens créant la turbulence. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement des gaz dans le dit canal est supérieure à 6 m/sec. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse des gaz est comprise entre 10 et 50 m/sec, de préférence entre 20 et 40 m/sec. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz sont soumis à des changements répétés de leur direction d'écoulement, provoqués par les moyens créant la turbulence. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la direction d'écoulement des gaz change de 10 à 1200, de préférence de 60 à 900. 6. Dispositif pour purifier des gaz contenant des constituants fondus et vaporisés et pour récupérer les produits fondus et éventuellement la chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte un canal dans lequel sont disposées plusieurs conduites de refroidissement adjacentes situées les unes au dessus des autres et qui sont disposées transversalement à la direction de l'écoulement des gaz. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la direction des conduites forme un certain angle avec l'horizontale. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les conduites forment avec l'horizontale un angle de 10 à 90 , de préférence de 30 à 600. 9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les conduites situées les unes au dessus des autres sont décalées. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les conduites situées les unes au dessus des autres sont reliées à l'aide de plaques afin de former plusieurs canaux parallèles dans lesquels circulent les gaz. 11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on prévoit des plaques en forme d'auge, qui sont fixées aux conduites de refroidissement.