Brevet FR2519410A1 — publié le 19830708

Procédés et dispositifs pour épurer des fumées chaudes en récupérant des calories et application aux serres chauffées. La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour épurer des fumées de chaudière, en récupérant une parties des calories qu'elles contiennent. Le secteur technique de l'invention est celui de l'épura- tion des fumées de chaudières et celui de la récupération de chaleur. Les fumées des chaudières contiennent des poussières et des suies en suspension et peuvent également contenir des gaz tels que des gaz sulfureux (S02, S03) si le combustible contient du soufre. Les fumées sont un facteur de pollution atmosphérique et il est désirable sinon nécessaire de les épurer. A ce jour, on neutralise les produits acides au moyen d'une solution aqueuse alcaline, puis on seche les produits obtenus et on élimine ensuite ces produits secs et les suies dans un dispositif de dépoussiérage. L'operation de séchage de la solution de neutralisation consomme des calories. On connaît des installations de récupération d'une partie de la chaleur sensible des fumées dans lesquelles les fumées chaudes traversent un échangeur. Ces installations présentent l'inconvenient que l'échangeur traversé par les fumées s'encrasse et risque d'être corrodé si les fumées n'ont pas été préalablement dépoussiérées et neutralisées à chaud, ce qui est très difficile à réaliser. Un objectif de la présente invention est de procurer des moyens qui permettent d'effectuer simultanément une épuration des fumées chaudes, afin de débarrasser celles-ci des particules en suspension et éventuellement des gaz acides, et une récupération d'une partie de la chaleur des fumées. Un autre objectif de l'invention est, dans le cas de chaudières servant à chauffer des serres, de procurer des moyens qui permettent d'épurer les fumées, de récupérer des calories et d'extraire des fumées du gaz carbonique propre qui est injecte dans les serres pour améliorer la croissance des plantes. On connaît dans l'industrie chimique des appareils séparateurs de gaz mélangésà l'air qui comportent une trompe à eau ou un éJecteur alimentés en eau de lavage, qui aspirent les gaz à epurer, de telle sorte que ceux-ci se mélangent intimement à l'eau de lavage et sont dissous dans celle-ci. Un tel dispositif est décrit par exemple dans le brevet FR. A. 2.157.949 (B.A.S.F.). Les procédés et les dispositifs selon l'invention constituent une application nouvelle d'un tel dispositif dans le domaine de l'épuration des fumées chaudes pour obtenir à la fois ltepuration des fumées et la récupération d'une partie de la chaleur de celles-ci sans que les fumées chaudes aient à traverser un échangeur. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un procédé suivant lequel on aspire les fumées chaudes au moyen d'une trompe à eau qui est alimentée par un liquide qui est recyclé et que l'on fait circuler à travers un échangeur de chaleur. Avantageusement on aspire les fumées au moyen d'une première trompe à eau qui est alimentée par de l'eau de lavage qui est rècy- clée à travers un échangeur de chaleur, puis on aspire les fumées lavées au moyen d'une deuxième trompe à eau qui est alimentée par une solution de neutralisation de l'acidité des fumées. Dans une application particulière concernant les fumées émises par une chaudière de chauffage de serres, on aspire les fumées déjà lavées et neutralisées par une troisième trompe à eau qui est alimentée par de l'eau qui est recyclée à partir d'un réservoir sous pression dans lequel se déverse la trompe, puis on détend l'eau saturée en gaz carbonique, on sépare le gaz carbonique de l'eau et on envoie le gaz carbonique dans les serres pour enrichir l'atmosphère de cèlles-ci en gaz carbonique. Un dispositif d'épuration de fumées selon l'invention comporte au moins un premier étage de lavage des fumées qui comporte une première trompe à eau dont l'aspiration est connectée sur un conduit branché en dérivation sur une cheminée et cette trompe à eau est située au-dessus d'un premier réservoir dans lequel elle se déverse et le premier étage comporte, en outre, une pompe qui aspire un liquide dans le premier réservoir et qui le refoule vers la trompe à eau en passant à travers un échangeur de chaleur. Le liquide du premier étage peut etre de l'eau de lavage ou bien une solution alcaline qui effectue à la fois le lavage et la neutralisation de l'acidité des fumées. Dans le cas où le liquide du premier étage est de l'eau de lavage et où les fumées sont acides, le dispositif comporte avantageusement un deuxième etage-comportant une deuxième trompe à eau située- au-dessus d'un deuxième réservoir dans lequel elle se déverse, lequel réservoir contient une solution alcaline qui est recyclée dans ladite deuxième trompe eau. L'invention a pour résultat la possibilité d'obtenir simultanément l'épuration de fumées chaudes et une récupération des calories perdues par les fumées. L'aspiration des fumées chaudes au moyen# d'une première trompe à eau ou d'un appareil d'aspiration équivalent tel qu'un éjecteur à eau ou un Venturi présente plusieurs avantages importants. Tout d'abord les fumées chaudes, acides et chargées de particules de suie et de cendresne sont pas mises au contact d'un ventilateur d'aspiration qui serait très rapidement corrodé et encrassé. Ensuite, il se produit dans la trompe un mélange intime des fumées avec le liquide qui donne naissance à une fine émulsion de bulles de fumées dans le liquide d'où une très grande surface de contact entre les fumées et le liquide. Il en résulte que les particules en suspension dans les fumées et les gaz solubles sont transférés au liquide d'où un lavage très efficace des fumées. De plus, la chaleur des fumées sont transmises au liquide de lavage qui s'échauffe et les fumées sont refroidies. Grâce au brassage et au très bon mélange qui se produit dans la trompe à eau, le lavage et le refroidissement des fumées peuvent être obtenus simultanément, Comme le liquide est recyclé, on obtient un échauffement du liquide de lavage qui permet de récupérer les calories en faisant passer ce liquide de lavage dans un échangeur qui permet par exemple#de préchauffer l'eau qui rentre dans la chaudière ou de réchauffer l'eau qui retourne à la chaudière après avoir cédé des calories dans des appareils utilisateurs de calories tels que des radiateurs. L'économie-globale de calories obtenue se situe entre 6 Z et 10 %. Un avantage supplémentaire de la présente invention réside dans le fait qu'en ajoutant des étages supplémentaires on peut, par le même procédé, éliminer les oxydes de soufre contenus dans les fumées et récupérer les sulfites et sulfates et une partie du gaz carbonique qui peut être injecté dans des serres de culture. Dans le cas particulier où les chaudières émettrices des fumées servent à chauffer-des#serres, les procédés et dispositifs selon l'invention permettent à la fois d'épurer les fumées, ce qui est très important dans les zones de cultures où la pollution atmosphérique par les fumées peut détériorer les cultures, d'économiser de l'énergie en préchauffant l'eau de chauffage au moyen de calories récupérées sur les fumées et d'améliorer le rendement des cultures grâce au gaz carbonique extrait des fumées que lton réinjecte dans les serres. La description suivante se réfère au dessin annexé qui est un schéma d'ensemble d'un dispositif selon l'invention. Le repère 1 représente un conduit de fumées, par exemple une cheminée d'évacuation des fumées chaudes émises par une chaudière la. Un conduit 2 est connecté en dérivation sur la cheminée 1. Ce conduit est branché sur l'aspiration d'une trompe à eau ou trompe à vide 3. Il est précise que le terme trompe à eau designe, de façon générale, tout dispositif d'aspiration'd'un gaz tel qu'une trompe à eau ou un éjecteur à eau, ou un venturi dans lequel circule un liquide moteur qui crée une dépression permettant d'aspirer un gaz La trompe à vide 3 est disposée au-dessus d'un réservoir fermé 4. Le mélange de liquide et de fumées sortant de la trompe à vide forme une fine émulsion 4a -de bulles de gaz en suspension dans le liquide, qui se déverse dans le réservoir 4 où #le liquide se sépare du gaz. Les particules en- suspension dans les fumées,notamment les suies et les cendres et les gaz solubles dans liteau sont retenus par le liquide du réservoir 4 et les fumées lavées sortent en haut du réservoir 4 par un conduit d'évacuation des fumées qui débouche dans la partie haute du réservoir au-dessus du niveau de liquide. Le liquide contenu dans le réservoir 4 -- est recyclé par une pompe 6 qui aspire dans le réservoir et qui refoule le liquide dans un circuit fermé 7 aboutissant à la #trompe à eau 3. Le liquide contenu dans le réservoir 4 est à une température inférieure à celle des fumées sortant de la chaudière, de sorte qu'au cours du mélange intime entre les fumées et l'eau qui se produit dans la trompe à eau, un échange de calories intervient et une grande partie de la chaleur sensible des fumées et de la chaleur de condensation de la vapeur d'eau est transférée à l'eau. Un échangeur de chaleur 8 est intercalé sur le circuit 7. En variante, l'échangeur de chaleur peut être placé'sur. un deuxième circuit de recyclage indépendant du circuit 7. Dans le cas où les chaudières servent à chauffer de l'eau qui circule dans un circuit fermé 13a, 13b,#alimentant des appareils de chauffage et qui retourne ensuite à la chaudière, on fait passer le circuit de retour 13b dans l'échangeur 8, de telle sorte que l'eau est préchauffée avant de revenir à la chaudière, ce qui permet une économie de combustible de l'ordre de 6 Z à 10 % suivant les installations. Bien entendu, l'échangeur 8 peut servir à chauffer ou à préchauffer d'autres fluides. Le réservoir 4 comporte un trop plein 10 - qui permet de maintenir l'eau dans le réservoir à un niveau constant. Ce trop plein 10 est équipé d'un débitmètre 10a. Le réservoir 4 comporte, en outre,une arrivée 9 d'eau d'appoint qui est équipée d'une vanne automatique 9a qui est pilotée par le débitmètre lova, de telle sorte que le débit du trop plein reste sensiblement constant et non nul. L'effluent liquide qui s'écoule par le trop plein 10. contient les suies, cendres et autres particules qui étaient en suspension dans les.fumées. Il est légèrement acide car il contient généralement *es acides sulfureux et sulfurique forméspar les composés soufrés du combustible. Cet effluent liquide est traité par les procédés connus. Par exemple, il est oxydé par de l'air ou de l'air ozonisé pour brûler les matières organiques et pour transformer les-sulfites-en.-sulfetes puisml est neutralisé avant rejet à l'égout. Une conduite 11 équipée d'une vanne ou d'un registre motorisé 12 relie la conduite d'évacuation 5 à la conduite 2 en amont de la trompe à eau 3. Cette conduite permet de recycler une partie des gaz lavés qui sont aspirés par# la trompe à eau. Un pressostat 12a placé sur la conduite 2 ou sur la partie haute de la cheminée pilote la vanne automatique 12 et maintient dans la cheminée une dépression suffisante pour qu'un ###léger débit d'air propre soit aspiré en haut de la cheminée et que toutes les fumées produites par la chaudière soient aspirées par la trompe à eau 3. Une installation selon l'invention peut comporter un. deuxième étage d'épuration monté en cascade à la suite du premier. La tuyauterie 5 de sortie des fumées lavées est connectée sur l'aspiration d'une deuxième trompe à eau 14 qui est: placée au-dessus d'un deuxième réservoir 15, dans lequel se déverse l'émulsion 15a de fumées et de liquide qui se forme dans la trompe. Le deuxième étage est destiné à neutraliser l'acidité des fumées due aux gaz sulfureux qu'elles contiennent et à récupérer les sulfites et sulfates. Le réservoir 15 contient une solution alcaline donnant naissånce à des sulfites et sulfates solubles dans L'eaujpar parexemple une solution de carbonate de soude. te réservoir 15 comporte une tuyauterie 16 d'arrivée de solution alcaline qui est équipée d'une vanne automatique 17 pilotée par un appareil 17a de mesure du PE de la solution contenue dans la cuve afin de maintenir dans le réservoir 15 un excès d'alcalinité. Le réservoir 15 est équipé d'un trop plein 18 qui alimente un dispositif connu de cristallisation 19 et d#'essorage 19a du sulfite de soude cristallisé. Dans le cas où l'on ne désire pas récupérer le sulfite, on peut le précipiter à la chaux. Si l'on ne désire pas récupérer le sulfite, on peut, en variante,supprimer le deuxième étage et faire circuler dans le circuit 7 du premier étage une solution alcaline permettant de neutraliser l'acidité des fumées en même temps qu'on les lave. Les fumées lavées et neutralisées sortent du deuxième étage par une canalisation 20 qui débouche dans le haut du réservoir 15, au-dessus du niveau du liquide. Une canalisation 21 relie la canalisation de sortie 20 à 11 aspiration de la deuxième trompe à eau 14 et permet un recyclage d'une partie des fumées à travers le deuxième étage. La solution contenue dans le réservoir 15 est aspirée par-une pompe 22 qui la refoule vers la trompe à eau 14. En cas de panne de la pompe 22 entraînant l'arrêt de la trompe à eau 14, les fumées lavées sortant du réservoir 4 peuvent circuler à travers la canalisation 21. La figure-unique représente une application particulière dans laquelle le dispositif d'épuration comporte un troisième étage servant à extraire des fumées du gaz carbonique propre qui est destiné par exemple à enrichir en gaz carbonique l'atmosphère inté- rieure# de serres qui sont chauffées par la chaudière sla, afån d'améliorer la croissance des plantes cultivées dans la serre. Le troisième étage comporte une troisième trompe à eau 22 sur l'aspiration de laquelle est branchée la canalisation 20. La trompe à eau 22 est placée au-dessus d'un troisième réservoir fermé 23 qui est maintenu sous une légère pression, par exemple une pression absolue de l'ordre de 1,4 à 1,8 bars. Le réservoir 23 comporte un conduit 24 d'évacuation des fumées propres qui est équipé dlun registre motorisé 25 qui est piloté par un capteur de pression 25a qui maintient dans le réservoir 23 une pression sensiblement constante et supérieure à la pression atmosphérique. Le réservoir 23 contient de l'eau qui est aspiree par une pompe 26 qui la recycle vers la trompe à eau 22. Le mélange de gaz et d'eau sortant de la trompe tombe dans le réservoir 23 et une partie du gaz carbonique des fumées est absorbeepar l'eau pressurisée qui se sature en gaz carbonique. te réservoir 23 comporte une conduite d'évacuation d'eau 27 équipée d'une vanne automatique 28 qui est pilotée par un capteur de niveau 28a afin de maintenir dans la cuve 23 un niveau de liquide sensiblement constant. Une canalisation 29 relie la conduite 20 au conduit d'évacuation 24 afin -de permettre l'évacuation des fumées en cas de panne de la pompe 26. L'eau pressurisée contenue dans la cuve 23 est reprise par une canalisation 30 comportant un diaphragme 31 muni d'un orifice calibré à travers lequel l'eau se détend en libérant du gaz carbonique propre. Le mélange eau-gaz carbonique est envoyé à un séparateur 32, par exemple un séparateur de type cyclone. L'eau appauvrie en gaz carbonique est#recyclée à l'aspira- tion de la troisième trompe à eau à travers un purgeur 34 et un clapet anti-retour 35. Une tuyauterie d'eau d'appoint 36 arrivant dans le séparateur permet de compenser lès pertes en eau. Le gaz carbonique purifiée sort du séparateur 32 par une tuyauterie 33, qui permet de l'injecter à l'intérieur des serres de façon à obtenir dans celles-ci une teneur en gaz carbonique de l'ordre de quelques pour cent qui favorise la fonction chlorophylienne des plantes. Selon un mode de réalisation avantageux, un ventilateur 37 souffle de l'air dans le bas du séparateur 32 et cet air traverse à contre-courant un garnissage 38 en se chargeant de gaz carbonique et le mélange air-gaz carbonique contenant quelques pour cent de gaz carborique sort du séparateur par la tuyauterie 33 qui l'injecte dans des serres. REVENDICATIONS 1. Procédé pour épurer des fumées chaudes en récupérant des calories, caractérisé en ce que l'on aspire lesdites fumées chaudes au moyen d'une trompe à eau (3) qui est alimentée par un liquide qui est recyclé et que l'on fait circuler à travers un échangeur de chaleur (8). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lton aspire les fumées au moyen d'une première trompe à eau (3) qui est alimentée par de l'eau de lavage qui est recyclée à travers un échangeur de chaleur (8); puis on aspire les fumées lavées au moyen d'une deuxième trompe à eau (14) qui est alimentée par une solution de neutralisation de l'acidité des fumées. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lton aspire les fumées lavées et neutralisées au moyen d'une troisième trompe à eau (22) qui est alimentée par de l'eau qui est recyclée à partir d'un réservoir sous pression (23), on détend l'eau dudit réservoir qui est saturée en gaz carbonique et on sépare le gaz carbonique de l'eau. 4. Dispositif d'épuration de fumées chaudes avec récupération de calories, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un premier étage de lavage des fumées comportant une première trompe à eau (3) dont l'aspiration est connectée sur un conduit (2) branché en dérivation sur une cheminée (1), laquelle trompe à eau est située au-dessus d'un premier réservoir (4) dans lequel elle se déverse et il comporte, en outre, une première pompe (6) qui aspire le liquide dans ledit réservoir (4) et qui le refoule vers ladite trompe à eau (3) à travers un échangeur de chaleur (8). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide qui alimente ladite trompe à eau est une solution alcaline, de telle sorte que les fumées sont lavées et neutralisées. 6. Dispositif selon la revendication 4 pour épurer les fumées d'une chaudière qui alimente un circuit de-chauffage (13a) comportant un retour d'eau froide (13b) à la chaudière,caractérisé en ce que ledit retour d'eau froide traverse ledit-échangeur (8). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en- ce que ledit premier étage comporte une canalisa tion (5) d'évacuation des fumées lavées qui débouche dans ledit premier réservoir au-dessus du niveau du liquide et il comporte, en outre, une canalisation (11) qui relie ladite canalisation d'évacuation (5) a l'aspiration de la première trompe à eau (3) et qui est équipée d'une vanne motorisée (12) qui est pilotée par un capteur de pression (12a) pour maintenir une légère dépression dans la partie de la cheminée située au-dessus de ladite dérivation (2). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième étage de neutralisation des fumées et de récupération des sulfites et des sulfates, lequel deuxième étage comporte une deuxième trompe à eau (14) dont l'aspiration est connectée sur ladite canalisation (5), laquelle trompe à eau est située au-dessus d'un deuxième réservoir (15) dans laquelle elle se déverse et le deuxieme réservoir contient une solution alcaline et comporte une deuxième pompe (22) qui aspire ladite solution et qui la refoule vers ladite deuxième trompe (14). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un troisième étage pour la récupération de gaz carbonique qui comporte une-troisième trompe à eau (22) qui aspire les fumées lavées et neutralisées sortant du deuxième étage, laquelle troisième trompe est située au-dessus d'un réservoir ferme (23) dans lequel elle se déverse et ledit troisième étage comporte un circuit de recyclage d'eau composé d'une pompe (26) qui aspire l'eau dudit réservoir (23) et qui la refoule vers l'éjecteur de la trompe à eau(22)et il comporte un conduit d'évacuation des fumées (24) équipé d'un registre motorisé (25) qui est piloté par un capteur de pression (25a) qui maintient dans ledit réservoir une pression supérieure à la pression atmosphérique et le troisième étage comporte, en outre, une conduite (30) d'évacuation d'eau saturée de gaz carbonique qui est équipée d'un détendeur (31) et d'un séparateur de gaz (32). 10. Application d'un dispositif selon la revendication 9 à des fumées émises par une chaudière de chauffage de serres, carac térisee en ce que le gaz carbonique sortant dudit séparateur (32) est injecté dans les serres pour enrichir l'atmosphèré des serres en C02 et améliorer la croissance des plantes.