Brevet FR2523280A1 — publié le 19830916

Procédé et dispositif nour la récupération de la chaleur à partir d'un mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides. L'invention est relative a un procédé de récupé- ration de la chaleur à partir d'un mélange de vaneurs et de gaz incondensables chargé de particules solides. Un mélange de ce tvoe se rencontre dans de nombreuses industries, notamment dans l'industrie de la pâte à papier obtenue par des procédés thermomécaniques. Au cours de la mise en oeuvre de ces procédés, les copeaux de bois sont broyés et défibrés dans une atmosphère de vaneur d'eau. Or, le défibrage mécanique consomme une importante quantité d'énergie mécanique qui se transforme en chaleur. Cette chaleur est utilisée pour réchauffer les fibres et l'eau de dilution, pour compenser les déperditions de chaleur, et pour produire une partie de la vapeur d'eau nécessaire au maintien de l'atmosohère de traitement. Le mélange constitué par cette atmosphère de traitement, et qui est évacué sous une pression élevée, constitue une source de chaleur importante qu'il est économiquement intéressant de récupérer. Cependant, ce mélange contient des produits de décomposition du bois sous forme de vapeurs diverses et de gaz incondensables, tous plus ou moins corrosifs, ainsi que des résines, des fibres, des particules de bois , il est donc impossible d'avoir recours à des moyens classiques de récupération. Si l'on veut récupérer la chaleur contenue dans ce mélange, on est conduit, soit à faire appel à des moyens de récupération spéciaux pouvant tolérer le ca ractère pollué et corrosif du mélange, soit à procéder, avant la récupération de chaleur, à une épuration préalable du mélange. La première solution est coûteuse dans sa réalisation et exige un entretien onéreux. Pour la seconde solution, on a proposé jusqu'à ce jour des moyens d'épuration mécaniques (tels que filtres ou cyclones) qui se sont avérés compliqués et coûteux, et qui, de toute façon, entrainent une chute de pression de la vapeur récupérée, donc une perte d'énergie. L'invention a également pour but un dispositif de récupération de la chaleur à partir d'un mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides, notamment d'un mélange de ce type issu d'une installation de fabrication de la pâte à papier par procédés thermo-mécaniques. Selon l'invention, le procédé consiste à récuoérer la chaleur contenue dans le mélange par condensation de l'une au moins des vapeurs contenues dans ledit mélange, et il est caractérisé par le fait que, avant de condenser cette vapeur, on énure le mélange en procédant à un lavage du mélange par le condensat provenant de la condensation de la vapeur, ce condensat étant ensuite évacué avec les particules solides résultant de cette épuration. Avantageusement, le condensat chargé de particules solides est recyclé dans 11 installation de laquelle est extrait le mélange de vapeurs et de gaz incondensables. Pour mettre en oeuvre ce procédé, le dispositif comporte une chambre de lavage traversée par le mélange, un condenseur disposé en aval de cette chambre de lavage, des moyens de pulvérisation d'un liquide situés dans cette chambre de lavage et alimentés par au moins une partie du condensat liquide provenant du condenseur, et des moyens d'évacuation du condensat liquide chargé des particules solides captées dans la chambre de lavage, ces moyens d'évacuation aboutissant de préférence dans l'installation de laquelle est extrait le susdit mélange. Selon l'invention, le dispositif de récupération de la chaleur contenue dans le mélange comporte : une chambre de lavage traversée par le mélange , au moins un condenseur recevant le mélange issu de la chambre de lavage ; des moyens de pulvérisation d'un liquide situés dans la chambre de lavage ;et il est caractérisé par le fait que ces moyens de pulvérisation sont alimentés par une partie au moins du condensat liquide recueilli dans le condenseur, par le fait que des moyens de séparation sont prévus pour séparer les par .ticules solides du condensat de lavage, et par le fait que des moyens d'évacuation sont prévus pour évacuer les susdites particules solides et une partie du condensat liquide. Avantageusement, les moyens de séparation sont du tyne à séparation par flotation et comportent une capacité de flotation et les moyens d'évacuation sont constitués par une tubulure débouchant dans la capacité de flotation en dessous du niveau libre et munie d'une vanne asservie à un dispositif de contrôle de hauteur du niveau libre dans la canacité de flotation, de sorte que ce niveau libre soit maintenu à une hauteur déterminée au-dessus du débouché de la susdite tubulure. Selon une disposition constructive avantageuse de l'invention, le condenseur est relié directement et en permanence avec la partie inférieure de la chambre de lavage, qui constitue la capacité de flotation, et les moyens de pulvérisation sont alimentés à partir de cette capacité de flotation. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'etre question, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en meme temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. L'invention pourra, de toute façon1 etre bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à un mode de réalisation préféré de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. La figure 1, de ces dessins, est un schéma illustrant le procédé et le dispositif selon l'invention. La figure 2 est un schéma plus détaillé illustrant un mode de réalisation avantageux du dispositif~ selon l'invention. Si l'on se réfère aux figures 1 et 2, on a représenté une installation 1 de laquelle est extrait un mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides. Une telle installation peut, par exemple, etre une installation de fabrication de la pate à papier par procédés thermo-mécaniques. Selon l'invention, on condense l'une au moins des vapeurs, dans le cas envisagé, la vapeur d'eau, contenue dans le mélange : avant de condenser cette vapeur, on épure le mélange provenant de l'installation de fabrication de la pate à papier en procédant à un lavage du mélange par le condensat provenant de la condensation de la vapeur d'eau. Ce condensat est ensuite évacué avec les particules solides (déchets et fibres de bois notamment) résultant de cette épuration. Avantageusement, le condensat chargé de déchets et de fibres de bois est recyclé dans l'installation de fabrication de la pâte à papier. Comme montré sur les figures 1 et 2, le disposée tif pour mettre en oeuvre ce procédé comporte une chambre de lavage 2, traversée par le mélange, un condenseur 3, disposé en aval de la chambre de lavage 2, des moyens de pulvérisation d'un liquide 4 situés dans cette chambre de lavage 2 et alimentés par au moins une partie du condensat liquide provenant du conden seur 3, et des moyens d'évacuation du condensat liquide chargé des particules solides captées dans la chambre de lavage 2. Le condenseur 3 est du type à condensation libre par ruissellement dirigé du haut vers le bas, avec arrivée de la vapeur à la partie supérieure et collecte des condensats à la partie inférieure , cette partie inférieure est agencée de façon à extraire en permanence les gaz incondensables par une tuyauterie 17 débouchant à l'atmosphère et comportant une vanne de réglage de dé bit 18. Cette disposition favorise l'élimination des substances incondensables avec un minimum de pertes de vapeurs. De préférence, ces moyens d'évacuation aboutissent dans l'installation 1 de fabrication de la pâte à papier, ce qui permet un recyclage du condensat chargé de déchets et de fibres de bois. Si l'on e réfère au mode de réalisation illustré sur la figure 2, les moyens d'évacuation comportent - d'une part, des moyens de séparation pour séparer les particules solides du condensat de lavage, - et d'autre part, des moyens d'evacuat on pour évacuer les susdites particules solides et une tartie du con densat liquide. Les moyens de séparation peuvent entre du type à séparation par flotation et comportent une capacité de flotation 5. Les moyens d'évacuation peuvent etre coristitués par une tubulure 6 débouchant dans la capacité de flotation 5 en dessous du niveau libre 7 et munie d'une vanne 8 asservie à un dispositif de contrôle 9 de la hauteur du niveau libre 7 dans la capacité de flotation 5, de sorte que ce niveau libre 7 soit maintenu à une hauteur H1 déterminée au-dessus du débouché 6a de la susdite tubulure 6. Cette tubulure 6 aboutit dans l'installation 1 de fabrication de la pâte à papier. La capacité de flotation 5 est avantageusement constituée par la partie inférieure de la chambre de lavage 2. De préférence, le condenseur 3 est relié directement et en permanence, par l'intermédiaire d'un conduit 10, à la partie inférieure de la chambre de lavage 2 formant a capacité de flotation 5. Les moyens de pulvérisation 4 sont alors alimentés par un conduit 11 et une pompe 12, à partir de cette capacité de flotation 5. Pour régler le débit de condensat liquide dirigé vers les moyens de pulvérisation 4, on prévoit, sur le conduit 11, un contrôleur de débit 13 et une vanne 14. Une crépine 15 est prévue au départ du conduit 11 dans la capacité de flotation 5. Le départ lla du conduit 11, alimentant les moyens de pulvérisation 4, dans la capacité de flotation 5, est disposé à une hauteur H2 en dessous du niveau libre 7 dans la capacité de flotation 5, qui est supérieure à la hauteur H1 caractérisant l'immersion du débouché 5a de la tubulure 5 constituant les moyens d'évacuation. On améliore ainsi la séparation entre le condensat liquide destiné au lavage et le restant du condensat liquide destiné au recyclage. En ce qui concerne le lavage, il convient de signaler que les moyens de pulvérisation 4 alimentés en condensat liquide sont agencés pour projeter ce condensat liquide directement sur les parois latérales 2a de la chambre de lavage 2, ces moyens de pulvérisation 4 étant situés au-dessus de l'entrée 16 du mélange dans la susdite chambre de lavage 2. Cette entrée 16 est, de préférence, disposée tangentiellement. Grâce à cette disposition, le ruissellement du condensat liquide de lavage sur les parois latérales 2a de la cham -bre de lavage 2 maintient celles-ci propres et rassemble vers le bas les particules centrifugées sur lesdites parois latérales 2a. Par ailleurs, les moyens de pulvérisation 4 sont disposés à la partie supérieure de la chambre de lavage 2 et agencés de sorte que l'eau soit pulvérisée en nappe homogène au travers de laquelle le mélange de vapeur introduit par l'entrée 16 doit passer pour se diriger vers l'évacuation 19 située à la partie supérieure de la chambre de lavage 2 au-dessus des moyens de pulvérisation 4. Cette disposition avantageuse permet d'assurer un lavage secondaire du mélange de vapeur afin d'en éliminer les fines particules qui n'auraient pas été déposées sur les parois latérales arrosées 2 de la a chambre de lavage 2. Finalement, et quel que soit le mode de réalisation adopté, l'invention présente un certain nombre d'avantages dont les principaux sont résumés ci-dessous : - La quasi-totalité de la chaleur du mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides est récupérée. En particulier, le fait d'utiliser, comme liquide de lavage, une partie du condensat liquide, supprime la perte d'enthalpie qui résulterait de l'utilisation d'un liquide de lavage, tel que de l'eau extérieure, pour provoquer un phénomène de déconcentration. La déconcentration, dans le procédé et le dispositif selon l'invention, est obtenue par l'évacuation du condensat chargé de particules solides dans l'installation de laquelle est extrait le mélange de vapeurs et de gaz incondensables. - La chute de pression de la vapeur récupérée est négligeable dans le laveur. - Le condenseur est maintenu en bon état de propreté, ce qui supprime tout problème d'entretien et de corrosion. - L'évacuation des particules solides du mélange ne pose aucun problème de pollution du milieu ambiant puisque celles-ci sont recyclées. Il convient enfin de signaler que le condenseur 3 peut avantageusement etre utilisé pour constituer l'évaporateur d'une pompe à chaleur dont le fluide thermodynamique serait constitué par de la vapeur d'eau. La chaleur récupérée lors de la condensation de la vapeur d'eau du mélange vapeurs-gaz incondensables est alors utilisée pour vaporiser de l'eau destinée à etre ensuite comprimée dans un compresseur (compresseur classique ou compresseur à anneau d'eau). La pompe à chaleur ainsi constituée peut etre en circuit ouvert ou en circuit fermé. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la récupération de la chaleur à partir d'un mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides, consistant à condenser l'une au moins des vapeurs contenues dans le susdit mélange, caractérisé par le fait que, avant de condenser cette vapeur, on épure le mélange en procédant à un lavage du mélange par le condensat provenant de la condensation de la vapeur, ce condensat étant ensuite évacué avec les particules solides résultant de cette épuration. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le condensat chargé de particules solides est recyclé dans l'installation de laquelle est extrait le mélange de vapeurs et de gaz incondensables. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre de lavage (2) traversée par le mélange, un condenseur (3) disposé en aval de cette chambre de lavage (2), des moyens de pulvérisation d'un liquide (4) situés dans cette chambre de lavage (2) et alimentés par au moins une partie du condensat liquide provenant du condenseur (3), et des moyens d'évacuation du condensat liquide chargé des particules solides captées dans la chambre de lavage (2). 4. Dispositif Dour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens d'évacuation aboutissent dans l'installation de laquelle est extrait le mélange. 5. Dispositif pour la récupération de la chaleur à partir d'un mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides comportant : une chambre de lavage (2) traversée par le mélange : au moins un condenseur (3) recevant le mélange issu de la chambre de lavage (2) ; des moyens de pulvérisation d'un liquide (4) situés dans la chambre de lavage (2) caractérisé par le fait que ces moyens de pulvérisation (4) sont alimentés par une partie au moins du condensat liquide recueilli dans le condenseur (3), par le fait que des moyens de séparation sont prévus pour séparer les particules solides du condensat de lavage, et par le fait que des moyens d'évacuation sont prévus pour évacuer les susdites particules solides et une partie du condensat liquide. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens de séparation sont du type à séparation par flotation et comportent une capacité de flotation (5), et par le fait que les moyens d'évacuation sont constitués par une tubulure (6) débouchant dans la capacité de flotation (5) en dessous du niveau libre (7) et munie d'une vanne (8) asservie à un dispositif de contrôle (9) de la hauteur du niveau libre (7) dans la capacité de flotation (5), de sorte que ce niveau libre (7) soit maintenu à une hauteur (H1) déterminée au-dessus du débouché (6a) de la susdite tubulure (6). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé par le fait que le condenseur (3) est relié directement et en permanence à la partie inférieure de la chambre de lavage (2) qui constitue la capacité de flotation (5), les moyens de pulvérisation (4) étant alimentés à partir de cette capacité de flotation (5). 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation (4) sont alimentés par un conduit (11) dont le départ (lia) ) dans la capacité de flotation (5) est disposé à une hauteur (H2), en dessous du niveau libre (7) dans cette capacité de flotation (5), qui est supérieure à la hauteur (H1) caractérisant l'immersion du débouché (6a) ) de la tubulure (6) constituant les moyens d'évacuation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi cations 5 à 8, caractérisé par le fait que les moyens de pulvérisation (4) alimentés en condensat liquide sont agencés pour projeter ce condensat liquide directement sur les parois latérales gaz de la chambre de lavage (2), par le fait que ces moyens de pulvérisation (4) sont situés au-dessus de l'entrée (16) du mélange dans la chambre de lavage (2), cette entrée (16) étant disposée tangentiellement, et par le fait que ces moyens de pulvérisation (4)sont agencés de façon à pulvériser le condensat liquide en nappe hoeciogène au travers de laquelle le mélange de vapeurs est obligé de cheminer depuis son entrée(16) vers son évacuation (19) disposée dans la partie supérieure de la chambre de lavage (2) au-dessus des moyens de pulvérisation (4). 10. Application du procédé et/ou du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à la récupération de la chaleur à partir d'un mélange de vapeurs et de gaz incondensables chargé de particules solides, extrait d'une installation de fabrication de la pâte à papier par procédés thermo-mécaniques.