Brevet FR2508347A1 — publié le 19821231

APPAREIL ET PROCEDE POUR L'EPURAIION DE GAZ ET INSSALLATION COMPRENANT LEDIT APPAREIL. La présente invention concerne des moyens pour ltépuration de gaz sales et pour le contrdle des émissions gazeuses. Pour éliminer des particules présentes dans des gaz, on utilise couramment des cyclones, car ils ont de nombreux avantages pratiques comprenant la simplicité et de petites dimensions. Toutefois, l'efficacité de recueil des cyclones se détériore pour des particules de moins de 10 pm. A mesure que les normes de contrôle des émissions deviennent plus sévères, une élimination efficace des particules étrangères devient plus importante. L'équipement existant pour l'élimination des très fines particules a tendance à être coûteux et/ou volumineux. Une modification des cyclones pour éliminer les fines particules implique un accroissement des vitesses des gaz et donc un accroissement des pertes de pression, exigeant ainsi des ventilateurs de plus grandes dimensions ou plus rapides et augmentant à la fois les investissements nécessaires, les frais de fonctionnement et la consommation d'énergie. Un but de la présente invention est de fournir un appareil d'épuration de gaz comprenant un cyclone, avec une haute efficacité de recueil pour les particules ayant des grosseurs de moins d'environ 10 pin. Selon l'invention, un cyclone est pourvu d'un système de lavage par un liquide. De préférence, le laveur se trouve dans un tube axial de décharge du cyclone. L'invention est applicable à la plupart des types de cyclones, y compris les cyclones multicellulaires, mais elle est 'particulièrement utilisable et avantageuse à propos d'un cyclone unique simple, car les cyclones monocellulaires sont relativement peu motteux à fabriquer et a entretenir. Le cyclone fonctionne de la manière usuelle pour recueillir les particules entrainées. Les fines particules restant dans le gaz dans le cyclone sont enlevées par le liquide de lavage. En montant le laveur dans le tube de sortie, on est certain que le liquide de lavage ne gênexa pas le fonctionnement normal du cyclone, puisqu'il agit à peu près seulement sur le courant de gaz qui sort. De plus, la plupart des parties du cyclone normalement soumises à une forte usure sont lavées par le liquide de lavage, ce qui réduit l'usure. En utilisant un laveur pour recueillir les fines particules dans un cyclone simple, la chute de pression à travers le système complet d'épuration du gaz peut être réduite au minimum. Cela économise l'énergie et permet qu'une installation comportant des cyclones soit rendue plus efficace, par exemple pour satisfaire à des réglementations plus sévères de contrôle des émissions, sans la nécessité d'installer des ventilateurs plus puissants. Une installation existante peut être modernisée, au lieu d'être remplacée par un système d'épuration des gaz nouveau et peut-étre de plus grandes dimensions et plus motteux. Dans un arrangement préféré, on utilise des jets pulvérisés d'eau d'une manière exceptionnelle pour assurer une efficacité optimale de recueil des particules solides. Certaines des méthodes sont détaillées ci-apres. Dans le tube de sortie du cyclone, se trouvent trois dispositifs de pulvérisation (pour d'autres applications, on peut utiliser un plus grand ou un plus petit nombre de dispositifs de pulvérisation). Ces dispositifs peuvent être prévus pour produire soit un rideau d'eau complètement ou partiellement en travers du passage du courant de gaz, de préférence sur la totalité du passage du courant de gaz de manière à obtenir un recueil maximal des particules, soit un jet atomisé de gouttelettes d'eau pour agglomération des particules. Des jets d'eau atomisés peuvent être utilisés pour augmenter la masse des particules solides et ainsi les particules peuvent être recueillies plus facilement et auront moins tendance à échapper au recueil par d'autres moyens. Dans un arrangement très efficace, les deux jets les plus proches de la sortie du cyclone fournissent un rideau d'eau en travers du tube de sortie du cyclone. Ces jets recueillent les particules solides présentes dans le gaz de combustion. L'eau provenant de ces jets tombe à l'intérieur du tube de sortie et sur le trajet d'écoulement du gaz, et descend aussi le long des parois du tube de sortie. Il est connu que l'écoulement tourbillonnaire du gaz dans le tube de sortie a pour effet que quelques particules solides avancent le long dé la paroi du tube de sortie. L'eau provenant des jets, qui revêt les parois de ce tube, avance vers le bas en recueillant ces particules solides pour augmenter l'efficacité du recueil. Il y a lieu de noter que la matière solide montant le long de la paroi du tube est la plus difficile à recueillir dans la région des jets d'eau. En espaçant l'un de l'autre les deux dispositifs de pulvérisation, on donne un temps suffisant à l'eau qui tombe en provenance du dernier dispositif de pulvérisation pour s'agglomérer sur les particules dans le conduit en vue d'un recueil optimal. De même, une grande longueur du conduit du tube de sortie est mouillée pour recueillir la matière solide montant-le long des parois.L'eau s'écoulant du fond du tube de sortie et descendant dans le tube à l'encontre du courant de gaz de combustion tombe dans la base conique du cyclone où l'eau avec les matières solides en suspension peut Etre recueillie pour traitement. L'eau tombant de ce tube et provenant de l'intérieur du tube forme un rideau d'eau à travers lequel les gaz doivent passer et où les particules peuvent être enlevées par lavage du courant de gaz et une agglomération peut se produire. Pour favoriser ces processus, le premier dispositif de pulvérisation fournit de l'eau dans la région juste en amont de l'entrée du tube. Il est important de noter que la combinaison de dispositifs de pulvérisation décrite ci-dessus est seulement une combinaison possible de systèmes de pulvérisation. Des dispositifs de pulvérisation peuvent etre utilisés aussi dans une région quelconque du cyclone pour aider au recueil des particules au moyen d'un accroissement de masse par une agglomération eau/ particule et directement par enlèvement des particules par lavage soit dans le courant de gaz soit par l'eau descendant le long des parois du système du cyclone. Bien que prévu spécialement pour l'élimination des particules portées par les gaz, le présent laveur de gaz est efficace aussi pour éliminer certaines impuretés gazeuses. Par exemple, en règlant le pH de l'eau recyclée, on peut éliminer par lavage une très forte proportion des SO dans le courant de gaz. Le laveur de gaz peut en conséquence être utilisé comme désulfureur pour gaz de combustion, que des particules soient présentes ou non. Pour traiter l'eau en ce qui concerne les matières solides en suspension et dissoutes dans l'eau sortant du laveur de gaz, un système de traitement complet comprenant trois unités fondamentales a été prévu. Les unités fondamentales sont le laveur de gaz du cyclone, un filtre pour les matières solides en suspension dans l'eau et un récipient de traitement chimique. Sur le dessin annexé - la figure 1 représente, en coupe axiale, un cyclone et laveur de gaz combiné selon l'invention - la figure 2 représente, en coupe axiale, un mode de réalisation préféré de l'invention - la figure 3 montre des détails d'une buse de pulvérisation d'eau utilisée dans le cyclone et laveur de gaz combiné représenté sur la figure 2 ; et - la figure 4 est un schéma de principe d'une installation pour l'épuration de gaz de combustion, incorporant la présente invention. Un mode de réalisation simple de l'invention est représenté sur la figure 1 du dessin annexé. Un cyclone 1 a un tube axial de sortie 2, une entrée de gaz 3, une sortie de gaz 4 et une sortie de vidange 5. Les flèches sur les lignes formées de tirets indiquent les trajets du gaz et des particules entralnées à travers le cyclone. Le tube de sortie du cyclone est construit sous la forme d'un laveur de gaz, avec des buses de pulvérisation 6 pour lavage afin de pulvériser un liquide de lavage, habituellement de l'eau. Le liquide descend dans le tube de sortie sous la forme d'une masse pulvérisée 7 et sous la forme d'un film 8 sur la paroi du tube, et tombe de l'ouverture 9 du fond du tube sous la forme d'un rideau 10. Le liquide de lavage avec la matière entraînée tombe directement dans la partie conique classique 11 du fond du cyclone conduisant à la sortie 5, comprenant une tuyauterie de raccordement, de sorte que si on le désire le liquide de lavage peut être traité pour séparation des particules solides en suspension et des autres matières entratnées. Le laveur de gaz élimine les particules de trois manières. Les gaz sont lavés quand ils passent à travers le rideau de liquide 10 vers le fond du tube de sortie 2. Quand les gaz montent dans le tube, l'écoulement tourbillonnaire du gaz envoie les particules à l'extérieur vers la paroi du tube et ces particules sont enlevées par les gouttelettes de liquide qui descendent et le film de liquide sur la paroi du tube. Enfin, les gaz sont lavés quand ils passent à travers les jets de liquide, les particules ainsi recueillies étant entraidées vers le bas avec le courant de liquide. La figure 2 représente un mode de réalisation préféré du laveur de gaz et cyclo#ne combiné. Les éléments correspondant à ceux représentés sur la figure 1 sont indiqués par les mêmes références. Le cyclone et laveur de gaz représenté sur la figure 2 diffère de celui représenté sur la figue 1 en ce qu'il comporte trois dispositifs de pulvérisaton d'eau, formés aux extrémités inférieures ouvertes de trois tubes coaxiaux 12, 13, 14 montés coaxialement dans le tube de sortie du cyclone et alimentés en eau par des systèmes séparés de réglage du débit. Le tube de pulvérisation intérieur 12 produit une fine pulvérisation annulaire d'eau juste au-dessous de l'extrémité d'entrée du tube de sortie du cyclone. La buse 15 au fond du deuxième tube à eau 13 produit une pulvérisation annulaire de vitesse moyenne s'étendant complètement en travers du tube de sortie.La buse 16 au fond du tube à eau extérieur 14 produit une pulvérisation annulaire de grosses gouttelettes sur la largeur entière du tube de sortie. Les jets provenant des buses 15, 16 produisent une masse pulvérisée 7 d'eau descendant à l'intérieur du tube de sortie du cyclone, un film d'eau 8 sur la paroi du tube et un rideau d'eau 10 tombant du fond du tube de sortie. L'arrangenent décrit et la combinaison des dispositifs de pulvérisation d'eau fournissent une élimination extremement efficace des particules solides des gaz qui,entrent, comme décrit ci-dessus. L'appareil décrit est prévu principalement pour réduire l'émission de particules solides en provenance d'une installation, par exemple d'une installation de combustion. Il est particulièrement avantageux pour l'épuration des gaz de combustion d'une installatior de combustion de combustible pulvérisé, parce qu'une telle installation a tendance à produire une forte proportion de fines particules de cendre dans son échappement. Une telle installation de combustion est décrite par exemple dans les demandes de brevet britannique n0 8114979 et 8114986. Pour une telle utilisation, le liquide de lavage peut être de l'eau. Quand un cyclone/laveur de gaz tel que représenté sur la figure 2 a été utilisé pour épurer les gaz de combustion provenant d'une chaufferie brdlant du charbon pulvérisé, il a éliminé 98 X des matières solides en particules ayant des grosseurs descendant jusqu'à au moins 1 pm. L'ef- fluent du cyclone avait une concentration de matières solides en suspension de, typiquement, 0,5 %. Le laveur de gaz décrit peut aussi être utilisé pour de nombreuses applications industrielles dans lesquelles des particules solides doivent être éliminées d'un courant de gaz, par exemple dans l'industrie métallurgique. De plus, de nombreuses impuretés gazeuses peuvent être éliminées efficacement dans le cyclone/laveur de gaz décrit au moyen d'un liquide de lavage approprié. En utilisant de l'eau comme liquide de lavage, on peut absorber jusqu'à 90 7. des oxydes de soufre, si le pH de l'eau est soigneusement réglé. On peut utiliser un mélange de chaux et d'eau pour éliminer l'anhydride sulfurique. Le cyclone/laveur de gaz peut évidemment éliminer tant des matières solides en particules que des impuretés gazeuses simultanément. La figure 3 représente une forme possible de buse de pulvérisation pour le cyclone/laveur de gaz de la figure 2. La buse intermédiaire 15 est représentée. Le tube à eau intérieur 12 et le tube intermédiaire 13 forment pour l'eau un passage annulaire 17 ouvert au fond, mais faisant face à un anneau de réglage 18 réglable verticalement monté sur le tube 12. L'anneau de réglage et l'extrémité inférNfure du tube 13 forment une buse annulaire 19 de largeur réglable, et cela produit un jet d'eau de vitesse réglable suivant la position de l'anneau de réglage 18. La buse supérieure 16 peut être de construction similaire. La buse inférieure, sur le tube 12, peut être d'une construction désirée quelconque pour la production d'une pulvérisation annulaire fine. Le présent cyclone/laveur de gaz sera installé habituellement dans une installation d'épuration qui comprend un équipement pour recycler le liquide de lavage et pour séparer les particules et les gaz enlevés par lavage. La nature de cet équipement dépendra évidemment de la nature des gaz et des particules qu'on fait passer dans le laveur de gaz. A titre d'exemple seulement, la figure 4 représente schématiquement une installation pour l'épuration de gaz de combustion provenant d'un brtleur à charbon pulvérisé. La sortie 5 du cyclone et laveur de gaz 1 est reliée à un filtre 20 pour séparer les matières solides en suspension. Le filtre peut être constitué par exemple d'un récipient contenant un système de tubes en acier inoxydable fritté, avec une haute efficacité de recueil au moins jusqu'à des particules d'une grosseur de l um. Un gâteau de particules se forme sur ces tubes, qu'on détache de temps à autre par exemple au moyen d'air comprimé qu'on refoule en sens contraire à travers le filtre. Le gâteau de boue qui se dépose est déchargé du récipient du filtre, de temps à autre, dans un récipient approprié. Le gâteau de filtration contiendra typiquement 20 à 30 % en poids de matières solides et sera légèrement alcalin. L'eau sortant du filtre est passée à travers un récipient de traitement chimique ou un lit filtrant 21. Ce dernier contient un mélange d'oxydes de magnésium et de calcium. Il sert à enlever de l'eau une partie des matières solides dissoutes et à porter le pH à un niveau compris entre huit et neuf, pour une absorption efficace des oxydes de soufre dans le cyclone/laveur de gaz. De l'eau d'appoint est introduite dans le récipient de traitement chimique. Des sulfates de calcium et de magnésium sont for més dans ce dernier et son évacués de manière continue ou intermittente. Avec un réglage approprié du pH, le gaz de combustion épuré quittant le cyclone peut contenir 50 ppm ou moins d'anhydride sulfureux. Une telle installation d'épuration, appliquée à une chaudière à vapeur à combustible pulvérisé broyant un charbon à 6 t de cendre, a donné les résultats suivants Données concernant le gaz d'échappement Débit 3090 m3 (TPN)lh Chute de pression à travers le cyclone/laveur de gaz 70 mm Hg (0,093 bar) Chute de température de l'échappement 2500Cà900C Emission de matières solides 160mg/m3tPZ S02 Environ 50 ppm Eau de lavage Débit de circulation 77 litres/min. Température de circulation 500C Appoint 7 litres/min. On a trouvé que cette émission de matières solides par la cheminée n'est pas très sensible au débit d'eau à travers le laveur de gaz. En conséquence, une réduction satisfaisante de la quantité de matières solides dans le gaz de combustion peut entre obtenue en dépit de variations importantes dans le débit de l'eau. Cela simplifie beaucoup la réalisation et le fonctionnement du cyclone/laveur de gaz. Le présent cyclone/laveur de gaz a fait montre d'une efficacité très supérieure à celle pouvant être obtenue avec des Systèmes de cyclones multicellulaires à sec. D'autres systèmes tels que des précipitateurs électrostatiques et des manches filtrantes ont revendiqué des efficacités de recueil supérieures à celles du présent système, mais ils ont les inconvénients majeurs suivants 1. Pas d'absorption des oxydes de soufre 2. Très grand espace nécessaire pour l'installation 3. Installation très conteuse 4. Coûts d'entretien élevés. D'autres systèmes de lavage à l'eau ont des chutes de pression bien plus fortes tant du coté gaz que duc8#eau. REVENDICATIONS 1. Appareil pour l'épuration de gaz, caractérisé par le fait qu'il comprend un cyclone et des moyens de lava# ge par un liquide dans le cyclone. 2. Appareil selon la revendication 1, caractéris par le fait que les moyens de lavage par un liquide comprennent des moyens pour produire un jet de liquide atomisé sur le trajet dtécoulement du gaz. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les moyens de lavage par un liquide comprennent des moyens pour produire un récipient à liquide sur le trajet d'écoulement du gaz. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le cyclone a un tube axial de sortie et les moyens de lavage par un liquide se trouvent au moins partiellement dans le tube de sortie. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de lavage par un liquide comprennent au moins une buse de pulvérisation dans le tube de sortie. 6. Appareil selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que les moyens de lavage par un liquide sont disposés de manière à produire un film liquide sur la paroi intérieure du tube de sortie. 7. Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que les moyens de lavage par un liquide comprennent au moins une buse de pulvérisation en amont du tube de sortie, par rapport à la direction d'écoulement du gaz. 8. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de lavage comprennent une première buse de pulvérisation avant l'extrémité d'entrée du tube de sortie, une deuxième buse de pulvérisation dans le tube de sortie disposée de manière à former une masse pulvérisée de liquide en travers du tube, et une troisième buse de pulvérisation dans le tube de sortie à une certaine distance en aval de la deuxième buse de pulvérisation, par rapport à la direction d'écoulement du gaz, et disposée de manière à former une masse pulv#ri#e de liquide en travers du tube de sortie, au moins une buse parmi la deuxième et la troisilène étant disposée de manière à envoyer du liquide sur la paroi intérieure du tube de sortie afin de former un film liquide descendant le long de cette paroi et un rideau de liquide tombant de 11 extrémité d'entrée du tube. 9. Installation pour éliminer des matières gazeuses et/ou en particules présentes dans des gaz, caractéri- sée par le fait qu'elle comprend au moins un appareil d'épuration selon l'une des revendications 1 à 8, un filtre installé de manière à recevoir l'effluent liquide de l'appareil d'épuration et à séparer le liquide de lavage des matières solides en particules entraînées dans le liquide, des moyens de traitement chimique pour traiter le liquide de lavage filtré et des moyens pour faire circuler le liquide de lavage dans un circuit fermé à travers l'appareil d'épuration, le filtre et les moyens de traitement chimique. 10. Un procédé pour éliminer des impuretés d'un gaz, caractérisé par le fait qu'on fait passer le gaz impur à travers un cyclone et on lave le gaz avec un liquide tandis que le gaz passe à travers le cyclone. 11. Un procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que le liquide forme un rideau s'étendant au moins partiellement en travers du trajet du gaz. 12. Un procédé selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que le liquide forme un jet atomisé.