Brevet FR2518241A2 — publié le 19830617

FR 2518241 A2 19830617 FR 8220664 A 19821209 L'utilisation de la présente invention facilite l'enlèvement des dépôts qui se forment sur les parois et les surfaces d'échange de chaleur dans un four industriel ou dans une chaudière à combustible carboné Cela est accompli en injectant une quantité efficace de vermiculite non calcinée dans le courant du gaz de carneau o le courant a une température de l'ordre de 1650 à 6500 C, avantageuse- ment à raison de 0,025 à 50 kilogrammes de vermiculite (de préférence 0,25-5 kg) par tonne de combustible brûlé. La vermiculite augmente la friabilité des dépôts, les rendant plus faciles à retirer par des souffleurs de suie traditionnels (comme des sondes placées dans la chaudière, y soufflant de l'air ou de la vapeur à environ 13,8 bars). La matière minérale (cendre) dans des combustibles carbonés solides, comme du charbon, conduit à des dépôts dans les régions d'absorption de chaleur de la chaudière, en particulier le surchauffeur et les passages de convexion. Ces dépôts de cendres volantes agglomérées peuvent être plus forts que le potentiel d'un équipement traditionnel de nettoyage On a découvert que l'injection de vermiculite pouvait réduire la force des dépôts afin de maintenir à l'état propre les surfaces d'échange de chaleur et d'empêcher le blocage éventuel de ces passages. La vermiculite, minéral se présentant naturelle- ment, se dilate jusqu'à 15-20 fois son volume d'origine quand elle est exposée à des températures supérieures à environ 6500 C Cela réduit fortement la force des dépôts agglomérés (collés) o la vermiculite est présente Dans le passé, les propriétés chimiques et physiques des matériaux tels que l'oxyde de magnésium, l'alumine et autres, ont été employées, pour interférer avec les dépôts agglomérés La vermiculite est supérieure à ces additifs. La vermiculite, silicate de magnésium-aluminium- fer hydraté, se compose de 14 minéraux micacés en très proche rapport Quand de la vermiculite non exfoliée est appliquée de façon à être incorporée dans le dépôt de cendres et est soumise à des températures dans les gammes rencontrées dans les régions du surchauffeur-et de convexion, une réduction dramatique de la force du dépôt collé est évidente Les propriétés uniques permettant cette activité comprennent l'exfoliation induite thermiquement (expansion) et la présence d'une structure de plaquettes naturelles (feuilles de silice) qui agit comme un plan de clivage Les dépôts peuvent être retirés plus facilement par suite de ce traitement. Autant qu'on le sache, la vermiculite non calcinée n'a encore jamais été injectée à l'extrémité chaude d'un four, dans aucun but Dans une référence antérieure, de la vermiculite calcinée (dilatée) a été injectée dans l'extrémité froide d'un four ( 82-1820 C) pour absorber l'acide sulfurique se déposant sur les surfaces en métal. B L Libutti, A C S Centennial Meeting, New York, N Y. 4-9 Avril 1976, "Symposium on Heavy Fuel Oil Additives". EXEMPLE I La chaudière avait une capacité nominale de 347 mégawatts Elle était à cyclone et brûlait du charbon bitumineux c Eastern ou de l'est Elle était équipée de souffleurs de suie De la vermiculite non dilatée a été soufflée dans le four à 14270 C à raison de 0,3-0,7 kg/tonne de charbon L'additif rendit les dépôts en ligne relative- ment friables pour être facilement enlevés par les souffleurs de suie à 13,8 bars. Au contraire, dans un essai comparable mais en omettant la vermiculite, les dépôts étaient durs, agglomérés et collés, les rendant difficiles à détacher et à déloger au moyen de sondes de vapeur. On préfère que la vermiculite soit relativement finement subdivisée, c'est-à-dire qu'elle corresponde de préférence à une maille 3 à 325 pour tamis Tyler, et mieux de 28 à 200, pour tamis Tyler Le produit dans l'exemple ci-dessus et aux tableaux correspondait principalement à un tamis de maille Tyler ayant environ 80-150 mailles. Dispositif d'addition des solides Dans l'exemple ci-dessus, on a utilisé des sondes refroidies à l'air pour injecter la vermiculite dans le four La sonde avait environ 9,14 mètres de long et était construite en un seul tube d'acier La vermiculite est extraite d'une trémie au moyen d'un alimenteur à vis qui dose la vermiculite dans un système de transport à air qui amène la vermiculite à la sonde L'écoulement d'air refroidit la sonde tandis que la vermiculite est amenée à la chaudière. L'essai d'agglomération développé par Babcock et Wilcox a été employé pour déterminer la tendance à l'encras- sement (formation de dépôts collés) de diverses cendres et l'effet des additifs On peut se référer à "The Sintering Test, An Index to AshFouling Tendency " de D H Barnhart et P C Williams, Transactions of the ASME, Août 1956, page 1229 En bref, le test consiste à former des cendres en boulettes, à chauffer à diverses températures élevées pendant 15 heures et à mesurer la force requise pour broyer les échantillons agglomérés résultants Le tableau 1 résume les résultats obtenus sans additif, avec divers niveaux de vermiculite et avec de l'oxyde de magnésium, pour une cendre de charbon bitumineux de l'est L'oxyde de magnésium s'est révélé avoir le plus grand effet pour réduire la force d'agglomération dans les travaux faits par Babcock et Wilcox, et on l'incorpore à titre de comparaison Le tableau 1-a répète les moyennes données au tableau 1 et donne de plus des données pour 871 WC et donne le nombre de boulettes testées (entre parenthèses) Les pourcentages des tableaux 1 et 1-a sont basés sur le poids des cendres. Les pourcentages du tableau 2 sont basés sur les données du tableau 1-a. TABLEAU 1 Force d'agglomération des boulettes, 105 Pa 982 C 10930 C Vierge 746,28 1050 926 1769 (Sans traitement) 898 1002 536 1548 774 1057 1720 1334 Vierge en moyenne 921 1306 Vermiculite, 0,5 % 454 678 884 974 690 712 843 988 529 598 Moyenne 0,5 % 612 858 Vermiculite, 1,0 % 448 497 424 423,5 359 366 421 471 453 691 404 479 J, Moyenne 1,0 % 469 437 Vermiculite, 1,5 % 343 312 337 310 345 273 342 269 383 261 290 295 _-, _, l Moyenne 1,5 % 319 307 Oxyde de magnésium, 1,5 % 574 560 891 933 464 447 712 726 587 357 1002 Moyenne 1,5 % Mg O 498 853 Tableau 1-a Force moyenne d'agglomération, 105 pa (Nombre de boulettes testées) Identité 871 C 982 C 10930 C Vierge 191 ( 9) 919 ( 6) 1302 ( 6) Vermiculite, 0,5 % 138 ( 9) 611 ( 5) 855 ( 5) Vermiculite, 1,0 % 61 ( 9) 468 ( 6) 436 ( 6) Vermiculite, 1,5 % 57,5 ( 9) 318 ( 6) 306 ( 6) Mg O, 1, 5 % 100 ( 8) 497 ( 6) 851 ( 5) Tableau 2 Pourcentage de réduction de la force d'agglomération Identité 871 C 982 C 1093 C Vierge Vermiculite,0,5 % 27,7 33,5 34,3 Vermiculite, 1,0 % 68, 3 49,1 66,5 Vermiculite, 1,5 % 70,0 65,3 76,5 Mg O, 1,5 % 47,5 45,9 34,7 Le tableau 3 résume les données obtenues avec divers additifs sur un second échantillon de cendres de charbon bitumineux de l'est Les pourcentages sont basés sur le poids des cendres Les nombres entre parenthèses indiquent les nombres de boulettes testées Le tableau 4 redonne les données du tableau 3, en termes de pourcentage de réduction de la force d'agglomération en comparaison au vierge Ces résultats démontrent l'efficacité de la vermiculite pour réduire la force d'agglomération. 2518 41. 251824 il Tableau 3 Force moyenne d'agglomération, 105 Pa (nombre de boulettes testées) Identité Vierge Vermiculite, 1,5 % Bioxyde de titane,1,5 % Bioxyde de silicium, 1,5 % Talc, Oxyde Oxyde Oxyde 1,5 % d'aluminium,1,5 % de magnésium, 1,5 % de calcium, 1,5 % 871 C 174 ( 6) 51 ( 6) 127 ( 6) ( 6) ( 6) ( 5) 41 ( 5) 69 ( 5) 982 C 1124 ( 6) 307,5 ( 6) 751,5 ( 4) ( 5) ( 6) ( 6) 696 ( 6) 765 ( 6) Tableau 4 Pourcentage de réduction de la force d'agglomération Identité Vierge Vermiculite, 1,5 % Bioxyde de titane,1,5 % Bioxyde de silicium,1,5 % Talc, 1,5 % Oxyde d'aluminium, 1,5 % Oxyde de magnésium, 1,5 % Oxyde de calcium, 1,5 % 871 C ,6 27,3 ,2 63,6 ,7 76,3 ,5 982 C 72,6 33,1 3,7 22,7 Augmentation 38,0 31, 9 * 1093 C 81,4 17,2 Augmentation Augmentation Augmentation 33,1 33,1 On dispose d'un grand nombre de combustibles solides carbonés pour une utilisation avec la vermiculite dans le procédé selon l'invention De tels combustibles comprennent le charbon, la lignite, la tourbe, les coques de graine de tournesol, le bois, les déchets de bois, le papier, les sous- produits du papier, les ordures, les 1093 C 2523 ( 3) 469 ( 3) 2089 ( 3) ( 3) ( 3) ( 3) ( 3) ( 3) combustibles dérivés des résidus, les boues d'épandage, la bagasse, les sous-produits de traitement et analogues. On peut les utiliser seuls ou les uns avec les autres ou avec du gaz ou de l'huile. L'exemple qui suit montre l'effet de la vermiculi sur un four fonctionnant avec des coques de graine de tournesol. EXEMPLE 2 La chaudière avait une capacité nominale de 18 200 kilogrammes de vapeur/heure Elle brûlait environ tonnes par jour de coques de graine de tournesol Elle était équipée de souffleurs de suies De la vermiculite non dilatée a été soufflée dan E le four à 1204 WC à raison de 4-5 kg/tonne de coques. L'additif a rendu les dépôts friables et faciles à enlever par les souffleurs de suie, avec pour résultat des surface E propres des tubes et de la chaudière, sans nécessiter aucur entretien supplémentaire. Au contraire, dans un essai comparable mais en omettant la vermiculite, les dépôts étaient durs, aggloméré et collés, les rendant impossibles à retirer au moyen d'un soufflage normal de suies Les dépôts s'accumulaient dans toute la chaudière, en particulier à l'entrée vers le passage de convexion L'accumulation des dépôts s'est produite en quelques heures, avec pour résultat des liaisons entre les tubes Ces dépôts ont dû être retirés à la main. Dans la présente description, les termes non calciné, non dilaté et non exfolié sont tous destinés à signifier la même chose, en se référant à la vermiculite. Dans les exemples, on a utilisé de la vermiculite non dilatée sous sa forme préparée Cependant, on peut également utiliser de la vermiculite calcinée (c'est-à-dire dilatée ou exfoliée). R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour rendre plus friables des dépôts de cendres volantes dans un four à combustible carboné solide, pour faciliter ainsi leur enlèvement par une sonde à vapeur ou à air, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter une quantité effective de vermiculite dans le four à 1650-650 C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vermiculite précitée est injectée à raison d'environ 0,25-5 kg/tonne de combustible. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vermiculite correspond à une maille de 80 à sur un tamis Tyler. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de l'injection est de l'ordre de 1427 C. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible est choisi dans le groupe consistant en charbon, lignite, tourbe,coques de graine de tournesol, bois, déchets de bois, papier, sous-produits du papier, ordures, combustibles dérivés des résidus, boues d'épandage, bagasse et sous-produits de traitement. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le combustible est du charbon. 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le combustible est formé de coques de graine de tournesol. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vermiculite est non dilatée. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la vermiculite est dilatée.