Brevet FR2517025A1 — publié le 19830527

La présente invention concerne une chaudière à com- bustible solide, et plus particulièrement une chaudière A charbon ou tout autre combustible solide, schiste par exem- ple, ayant une teneur notablement élevée en soufre. On connaît déjà une chaudière à combustible solide, notamment a charbon, comprenant un foyer à lit fluidisé constitué par un support de fluidisation au-dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire de combus- tion étant insufflé A travers ledit support, et un corps de chaudière à parois tubulaires surmontant ledit foyer, une arrivée d'air secondaire étant prévue dans ledit corps de chaudière. L'1 élimination du soufre pose un problème délicat Cet- te élimination ne saurait être effectuée A proximité du foyer en raison de la température élevée qui est de l'ordre de 1200 C On est alors amené à effectuer la désulfuration des faumées froides A la sortie de la chaudière Il en ré- sulte un certain nombre d'inconvénients D'une part, le vo- lune gazeux a traiter est considérable, d'autre part les conditions de température à cet endroit ne sont plus favo- rables A une désulfuration convenable, d'o la nécessité d'un réchauffage des fumées. L'invention a surtout pour but d'éviter les inconvé- nients susmentionnés. Elle consiste essentiellement a appliquer la technique des lits fluidisés à la gazéification du combustible A cet effet, elle prévoit de combiner mi gazéificateur A une chau- dière classique, A l'intérieur d'un même corps de chauffe à parois tubulaires A deux étages, les gaz produits par le gazéificateur étant, après désulfuration, brûlés dans l'é- tage supérieur formant chambre de combustion. L'invention a plus précisément pour objet une installa- tion de chaudière à combustible solide comprenant un foyer A lit fluidisé constitué par un support de fluidisation au- dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire étant insnfflé à travers ledit support, et un corps de chau- dière à parois tubulaires surmontant ledit foyer dont il est -2solidaire, caractérisée en ce que le foyer à lit fluidisé constitue un gazéificateur, en ce que le corps de chaudière est divisé en deux parties superposées, respectivement in- férieure et supérieure, par une paroi transversale commune, et en ce qu'il est prévu un circuit pour alimenter au moins un brûleur aménagé à la base de la partie supérieure, en gaz sortant de la partie inférieure, ledit brûleur étant simultanément alimenté en air secondaire de combustion, et ledit circuit comportant des moyens de dépoussiérage et de désulfuration. Le support de fluidisation est constitué par une gril- le mécanique mobile assurant la distribution de l'air de fluidisation et l'évacuation des mâchefers. La paroi transversale est une paroi tubulaire formée par des plis des tubes verticaux du corps de chaudière. Le moyen de dépoussiérage est avantageusement consti- tué par un cyclone apte à séparer -du gaz les envols du foyer, lesdits envolé étant recyclés dans ledit foyer. Les moyens de désulfuration comprennent avantageuse- ment un poste d'injection d'un agent désulfurant dans le circuit, en aval du cyclone de dépoussiérage, une section de circuit d'une longueur suffisante pour permettre d'assu- rer la réaction de désulfuration du gaz, et un cyclone ap- te à séparer du gaz les résidus de la réaction de désulfu- ration. La section du circuit correspondant à la réaction de désulfuration du gaz présente la forme d'un U renversé. Il est prévu un ventilateur pour alimenter en air, d'une part le foyer à lit fluidisé, d'autre part le brûleur. Il est également prévu un réchauffeur d'air à la sor- tie du ventilateur, ledit réchauffeur d'air étant parcouru par les fumées évacuées par la chaudière. Il est encore prévu, en aval du réchauffeur d'air une tuyauterie de dérivation permettant d'injecter directement une partie de l'air fourni par le ventilateur dans la par- tie inférieure du corps de chaudière. Suivant une caractéristique de l'invention les cyclo- -3- nés de dépoussiérage et de séparation des résidus de désul- furation, solidaires des colonnes d'alimentation de la chau- dière, forment avec celles-ci un ensemble suspendu à la char- pente de l'installation, au même niveau que le corps de chau- dière également suspendu à ladite charpente. Dans le cas o la partie inférieure du corps de chau- dière présente quatre sorties de gaz, les huit cyclones sont disposés autour du dit corps et montés sur un support en forme de cadre entourant ledit corps et fixé aux colon- nes d'alimentation de la chaudière avec lesquelles il for- me un ensemble suspendu dans -les mêmes conditions que pré- cédemment. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 représente schématiquement, en coupe-élé- vation l'installation de la chaudière; La figure 2 représente, de façon également schématique, une vue de l'ensemble suspendu; La figure 3 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2; La figure 4 représente, dans le cas particulier d'une installation comportant quatre sorties de gaz, une coupe du corps de chaudière effectuée au niveau des dites sorties, et une vue de dessus des circuits extérieurs au corps de chaudière. La figure 5 représente, vu en plan, le support des cy- clones d'une telle installation. Sur la figure 1, on voit un foyer à lit fluidisé sur- monté d'un corps de chaudière 1 à parois tubulaires Le corps 1 comporte deux parties superposées, respectivement inférieure 1 a et supérieure 1 b Ces deux parties sont sé- parées par une paroi transversale commune 2 Ladite paroi est avantageusement constituée par des plis des tubes verticaux du corps de chaudière 1. Le foyer à lit fluidisé comporte essentiellement un _ 4 - support de fluidisation 3 solidaire du corps de chaudière 1 au-dessus duquel vient se déverser le combustible, char- bon par exemple, par une goulotte 4, et sous lequel vient souffler l'air primaire de fluidisation fourni par un ven- tilateur 5 puis réchauffé par un réchauffeur 6. D'une façon particulièrement avantageuse, le support de fluidisation 3 est constitué par une grille mécanique mobile, sensiblement inclinée, apte à assurer la distri- bution de l'air et l'évacuation des mâchefers par la sor- tie 7. Le gaz produit quitte le foyer à lit fluidisé à une température de l'ordre de 12000 Il traverse la partie 1 a du corps de chaudière pour en être évacué par la tuyaute- rie 8, sensiblement au-dessous de la paroi 2, à -une tempé- rature d'environ 9000 particulièrement favorable à sa dé- sulfuration La partie 1 a joue, à cet égard, le rôle d'u- ne chambre de refroidissement La tuyauterie 8 amène le gaz à un cyclone de dépoussiérage 9 apte à séparer du gaz les envols du lit fluidisé essentiellement constitués par des imbrûlés et des cendres, ces dernières étant normalement évacuées avec les mâchefers Ces envols se rassemblent à la partie inférieure du cyclone 9 d'o ils sont recyclés dans le lit fluidisé par la tuyauterie 10 Le gaz dépous- siéré est alors désulfuré A cet effet, il est prévu, au- dessus du cyclone 9, un poste d'injection il d'un agent dé- sulfurant de préférence à base de CO 3 Ca sous forme de dolo- mie, de calcaire ou de craie par exemple La réaction de dé- sulfuration se produit le long de la tuyauterie 12 du cir- cuit de gaz Cette tuyauterie doit présenter une longueur suffisante pour assurer une désulfuration aussi complète que possible Elle présente avantageusement la forme d'un U ren- versé dont la branche descendante amène le gaz à l'entrée du cyclone 13 qui assure la séparation des résidus de la réac- tion de désulfuration Ca S, Ca O et C 03 Ca en excès par exem- ple Le gaz propre et désulfuré sort du cyclone 13 par la tuyauterie 14 qui l'amène à un brûleur 15 aménagé à la ba- se de la partie supérieure 1 b du corps de chaudière Le - brûleur 15 est simultanément alimenté en air secondaire de combustion par la tuyauterie 16 qui est branchée en 17 sur la tuyauterie 18 d'alimentation en air primaire de fluidi- sation La partie supérieure 1 b constitue une chambre de combustion de chaudière classique Les fumées sortant de cette chambre chauffent des faisceaux surchauffeurs 19 et économiseurs 20 puis l'air traversant le réchauffeur 6. Une tuyauterie 21 branch 6 e sur la tuyauterie 18 par exemple en amont du point 17 permet, le cas échéant, d'amne- ner directement une certaine quantité d'air dans la partie inférieure 1 a Cela permet de modifier la quantité d'air secondaire admise au brûleur 15 Cette possibilité est par- ticulièrement avantageuse lorsque l'installation fonction- ne à régime réduit, pour réaliser une combustion secondai- re partielle dansla partie 1 b du corps de chaudière,ayant pour effet de limiter la baisse de température du gaz sor- tant de 1 b et de ne pas trop s'éloigner de la plage de température favorable à la désulfuration du gaz. Les figures 2 et 3 illustrent le montage de l'instal- lation Pour des raisons de clarté on a simplement tracé le contour de la chaudière 1 et on a supprimé les diffé- rents éléments du circuit d'air. La charpente de l'installation comprend quatre poteaux tels que 22 à la partie supérieure desquels sont montées des poutres horizontales, telles que 23, supportant des en- tretoises 24 auxquelles sont suspendus tous les éléments de la chaudière (ballon, collecteurs, parois) ainsi que le sup- port 25 des cyclones 9 et 13, par l'intermndiaire des colon- nes d'alimentation,telles que 27,de la chaudière qui sont au moins au nombre de deux. Ces colonnes 27 sont alimentées en eau à leur partie supérieure par des tuyauteries telles que 28 issues du bal- lon 30 de la chaudière Elles alimentent à leur tour la ba- se de la chaudière par l'intermédiaire des tuyauteries 29. L'intérêt de ce mode de supportage provient du fait que, d'une part les colonnes d'alimentation 27, parcourues par l'eau de la chaudière,sont pratiquement à la même tempéra- ture que les tubes qui constituent les parois du corps 1 6- de la chaudière, et que d'autre part, ces colonnes, sus- pendues à un même support (entretoises 24) que la chaudiè- re, se dilatent vers le bas de la même façon que celle-ci, les origines des dilatations étant pratiquement situées dans le même plan horizontal. Il en résulte que les cyclones conservent en toutes circonstances leur position relative vis-à-vis du corps de chaudière 1, c'est-à-dire respectivement en face de l'ori- fice de sortie de la partie 1 a du corps et en face du brû- leur 15. Les figures 4 et 5 concernent un mode de réalisation particulier suivant lequel la partie inférieure 1 a du corps de chaudière présente quatre sorties de gaz Chaque sortie de gaz est alors associée à un circuit complet allant de la- dite sortie au brûleur correspondant Les éléments consti- tutifs de chaque circuit comprennent une tuyauterie telle que 8, un cyclone de dépoussiérage tel que 9, une tuyaute- rie de désulfuration telle que 12, un cyclone de séparation des résidus de désulfuration tel que 13, une tuyauterie tel- le que 14 et un brûleur tel que 15 Ces différents éléments sont représentés sur les figures 4 et 5 affectés des indices a b, c et d On voit que chaque tuyauterie de sortie 8 c par exemple est reliée à un brûleur associé 15 c qui est amé- nagé sur la face adjacente de la paroi tubulaire de la chau- dière et non sur la même face La figure 5 illustre les sup- portages des huit cyclones montés sur un cadre 26 entourant le corps de chaudière et suspendu comme ce dernier, à l'en- semble des supports 24 par l'intermédiaire des colonnes d'a- limentation 27 sur lesquelles il est accroché. Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle ne lui est en rien limitée et que des modifications pourront lui être apportées sans sortir de son domaine On pourra no- tamment remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent L'invention couvre donc, outre l'exemple décrit, ses différentes variantes de réali- sation. 7 - R E V E ND I C AT I O N S 1 Installation de chaudière à combustible solide compre- nant un foyer à lit fluidis 6 constitu 6 par un support de fluidisation ( 3) au-dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire étant insufflé à travers ledit support, et un corps de chaudière ( 1) à parois tu- bulaires surmontant ledit foyer dont il est solidaire, caractériséeen ce que le foyer à lit fluidisé constitue un gazéificateur, en ce que le corps de chaudière ( 1) est divisé en deux parties superposées, respectivement inférieure ( 1 a) et supérieure ( 1 b), par une paroi trans- versale ( 2) commune, et en ce qu'il est prévu un circuit pour alimenter au moins un brûleur ( 15) aménagé à la ba- se de la partie supérieure ( 1 b), en gaz sortant de la partie inférieure ( 1 a), ledit brûleur étant simultané- ment alimenté en air secondaire de combustion, et ledit circuit comportant des moyens de dépoussiérage et de dé- sulfuration. 2 Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le support de fluidisation ( 3) est constitué par une grille mécanique mobile assurant la distribution de l'air de fluidisation et l'évacuation des mâchefers. 3 Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi transversale ( 2) est une paroi tubulaire formée par des plis des tubes verticaux du corps de chau- dière ( 1). 4 Installation suivant l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisée en ce que le moyen de dépoussiérage est cons- titué par un cyclone ( 9) apte à séparer du gaz les envols du foyer, les dits envols étant recyclés dans ledit foyer. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de désulfuration comprennent un poste ( 11) d'injection d'un agent désulfurant dans le circuit, en aval du cyclone de dépoussiérage ( 9), une section de circuit ( 12) d'une longueur suffisante pour permettre d'assurer la réaction de désulfuration du gaz, et un cy- clone ( 13) apte à séparer du gaz les résidus de la réac- 8 - tion de désulfuration. 6 Installation suivant la revendication 5, caract 6 risée en ce que la section ( 12) du circuit correspondant à la réaction de désulfuration présente la forme d'un U ren- verse. 7 Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu un ventilateur ( 5) pour alimenter en air, d'une part le foyer à lit fluidisé, d'autre part le brûleur ( 15). 8 Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'il est pr 6 vu un r 6 chauffeur d'air ( 6) à la sor- tie du ventilateur ( 5), ledit réchauffeur d'air étant parcouru par les fumées évacuées par la chaudière. 9 Installation suivant les revendications 7 et 8, carac- térisée en ce qu'il est pr 6 vu, en aval du réchauffeur d'air ( 6), une tuyauterie de dérivation ( 21) permettant d'injecter directement une partie de l'air fourni par le ventilateur ( 5) dans la partie inférieure ( 1 a) du corps de chaudière ( 1). 10 Installation suivant l'une des revendications 1 à 9, suivant laquelle le corps de chaudière ( 1) est suspendu à la charpente de ladite installation, caractérisée en ce que les cyclones de dépoussiérage ( 9) et de sépara- tion des résidus de désulfuration ( 13), solidaires des colonnes d'alimentation ( 27) de la chaudière, forment avec celles-ci un ensemble suspendu à la charpente, au même niveau que le corps de chaudière ( 1). 11 Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'il est prévu quatre sorties de gaz de la partie inférieure ( 1 a) du corps de chaudière ( 1), et en ce que les huit cyclones sont disposes autour du dit corps et montés sur un cadre ( 26) entourant ledit corps, et fixé aux colonnes d'alimentation ( 27) de la chaudière, avec lesquelles il forme un ensemble suspendu à la charpente, au même niveau que le corps de chaudière ( 1).