Brevet FR2535020A1 — publié le 19840427

PERFECTIONNEMETS DES PROCEDES DE COMBUSTION Les procédés de combustion usuels ont souvent deux défauts majeurs: Premièrement le degré d'utilisation de la chaleur produite par la comustion est souvent tres faible. C'est à dire que les fumées resultant de la combustion sont évacuées à des températures relativement élevées. Le ce fait le rendement du combustible est insuffisant. Deuxièmement. si le combustible utilisé contient un pourcentage relativement élevé de soufre ainsi que d'autres composés géants les fumées ainsi produites emportent avec elles une partie des composés génants formés. ainsi si le combustible utilisé contient du s#oufre les fumées contiendront des composés soufrés surtout de l'anhydride sulfureux et aussi #de l'anhydride sulfurique en quantités plus faibles. Ces an hybrides et les acides correscondants qu'ils forment en se combinant avec de l'eau sont. génants et indésirables s'ils sont rejetés dans l'atmosphère. Les fumées peuvent contenir encore d'autres composés des génants tels que#particules solides entralnées. des composés de la classe des oxydes d'azote et d'autres. Les perfectionnements objets de la présente ont pour but d'atténuer ou de supprimer les inconvénients signalés ci-dessus. Pour mieux utiliser la chaleur fournie par la combustion il est proposé de rechauffer l'air utilisé pour la combustion par échange de chaleur avec les fumées produites par la combustion. A cet effet on se sert d'échangeurs de chaleur de types connus et d'un ventilateur qui fait circuler l'air. L'air extérieur nécessaire à la combustion est introduit tout d'abord dans le circuit basse température de l'échangeur de chaleur. Ici l'air froid est rechauffé par échange de chaleur avec les fumées qui sont introciuites dans le circuit haute température de l'échangeur. L'air RlSi rechauffé est Introduit dans le foyer où il participe à la combustion. -bu-fait de celle ci l'air rechauffé devient fumée chaude. Cette dernière est ensuite introduite dans l'échangeur de chaleur. où il Z a transfert de chaleur à l'air froid. Des instruments de contrôle automatiques réglent la quantité d'air introduite dans le foyer. Il est possible de régler la quantité d'air introduite dans le foyer, de façon à ce qu'elle soit toujours proportionnelle à la quantité de combustible introduits en même temps dans le foyer. De cette façon la combustion est plus parfaite. Les trop grands excès, de même que l'insuffisance d'air sont évités. On réalise ainsi des économies de combustibles importantes. Une autre économie importante est réalisée du fait qu'on n'a plus besoin de cheminées car la circulation d'air pour la combustion est assurée par le ventilateur. Pour éliminer les anhydrides sulfureux et sulfurique, ainsi que d'autres composants gênants contenus dans les fumées, on les met en contact intime dans un appareil laveur avec une solution alcaline. De nombreuses sortes de solutions alcalines peuvent être utilisées à cet effet parmi lesquelles les solutions aqueuses de carbonate de soude sont préférées. Des carbonates de potasse et d'ammoniaque peuvent également être utilisés en solution et ils sont protégés par la présenteinvention, La réaction principale selon Irinventiun est la suivante: H20 + 2 S02 + Na2G03 = 2 S03NaH + C02 (1) eau + 2 anhydride sulfureux + carbonate de soude = 2 bisulfite de soude + gaz carbonique. Des réactions similaires ont lieu avec l'anhydride sulfurique et avec les-composés acides de l'azote. Le bisulfite de soude se transforme en pyrosulfite de soude avec formation d'eau: 2 S03Nafl = S207Na2 + H20 (2) Ces réactions sont réalisées de préférence à des tempé- ratures voisines de 1000 C. soit entre 50 et 1200 C. Comme la température des fumées est généralement supérieure à ces températures. une partie de liteau de la solution de lavage est vaporisée On en tient compte par une solution suffisamment diluée. C'est à dlBeApour dissoudre le carbonate de soude,on utilise une quantité d'eau supérieure à celle nécessaire à la dissolution seule, calculée strictement. Tous les types d'appareils laveurs peuvent être utilisés selon l'invention. Le type d'appareil laveur préféré est similaire aux colonnes à plateaux utilisées en distillation industrielle. On peut également utiliser des colonnes à garnissages, genre anneaux Raschig ou autres. Les colonnes à plateaux#peuvent être munies de n'import quel type de plateaux. Les types préférés à ce sujet sont les plateaux perforés. Ils peuvent être munis de déversoirs, ou ne pas comporter ces derniers. Le nombre de plateaux à utiliser n'est pa#s limité. Pour réaliser la purification des fumées, celles-ci sont introduites à la partie inférieure de l'appareil laveur. Elles parcourent celui-ci en cheminant de bas en hau#t, en traversant les plateaux. La solution de lavage est introduite à la partie supérieure du laveur qu'elle parcourt de haut en bas en ruisselant à travers les-plateaux. En lus de la solution neutralisante, on introduit --de 'at a #îl layer de également à a t#ri e superleure;la solution accumulée au fond de ce même appareil. Cette introduction en haut du laveur de la solution prélevée du fond du laveur est appelée reflux. Grâce à l'introduction en haut du laveur de la solution neutralisante et de reflux il y a toujours sur chacune des plateaux, une quantité suffisante de Tiqueur alcaline. Les fumée montant de bas en haut et traversant les plateaux sont ainsi mises en contact efficace avec la solution alcaline à travers de laquelle elles barbotent. Cet ensemble de#faitsassure une neutralisation efficace et économique des composés acides génant présents dans les fumées. On évacue ainsi à la partie supérieure du laveur les fumées purifiées. Les composés géants retirées des fumées sont évacués de la partie basse du laveur avec la solution aqueuse de bisulfite et de pyrosulfite formés par les réactions (1) et La partie inférieure du laveur est largement dimensionn pour servir de décanteur aux impuretés solides. Ainsi ces derniè sont également évacuées. d'une façon simple et efficace. Tous les types d'échangeurs de chaleur peuvent être utilisés dans le cadre de-la présente invention. Parmi ceux-ci les échangeurs de chaleurs ne comportant que des tubes droits. sans aucun coude ni chicane sont préférés car ils sont facileme débarrassés des particules solides entrainées par les fumées et qu'ils fonctonnent avec de faibles pertes de charge. Pour ces raisons leur utilisation est incluse dans la présente invention. L'utilisation de certains instruments de contrôle, qu'ils soient automatiques ou manuels fait partie intégrante de la présente invention. même s'ils sont connus pour d'autres applications. Ainsi on peut utiliser un thermostat qui règle la quantité d'air véhiculé par le ventilateur. en fonction de la température des fumées mesurée soit dans le foyer ou dans l'échangeur de chaleur soit entre ces deux appareils. Un autre thermostat contrôle la température de la réaction. en agissant sur la quantité d'eau introduite dans le laveur sous forme de solution neutralisante plus ou moins diluée. Un contrôleur d'acidité PH règle la quantité de carbonate introduit dans le laveur en fonction du degré d'acidité soit de la phase liquide soit de la fumée lavée. Un contrôleur de pression règle la quantité de reflux circulant en fonction de la pression mesurée soit au fond soit à un autre point du laveur. Le plan ci-joint montre le schéma de fonctionnement de l'appareillage selon l'invention. Ici A représente le foyer où la combustion a lieu, B est le ventilateur qui fait circuler l'air et les fumées, C est un échangeur de chaleur dans# lequel les fumées chaudes cèdent une partie de leur chaleur à l'air froid entrant, D représente un appareil laveur E est une po#mpe qui véhicule le reflux de la partie basse à la partie supérieure de l'appareil laveur F représente l'appareil de préparation de la solution neutralisante-.Le n0 1 représente le combustible utilisé, 2 est l'air froid pris à L'extérieur, 3 est le même air introduit dans l'échangeur de chaleur. 4 est l'air rechauffé qu'on introduit dans le foyer. 5 représente les fumées sor tant du foyer et introduites dans l'échangeur de chaleur. 6 sont les fumées partiellement refroidies sortant de l'échangeur de chaleur et introduites dans l'appareil laveur. 7 montre les fumées purifiées sortant de l'appareil laveur. 8 indique la solution aqueuse chargée des impuretés retirées des fumées, quton évacue 1J représente l'eau servant à la dissolution du réactif alcalin 11 montre l'introduction du réactif alcalin dans ltappareil de préparation de solution neutralisante et 9 est le reflux introduit dans l'appareil de lavage. REVENDICATIONS 1. Procédé et appareillage pour ar#eliorer le rendement calorifique des combustibles quels c'ils soient et à atténuer ou supprimer les différentes sortes de gênes que peut créer l'utilisation desdifférentes sortes de combustibl-e-s. 2. Procédé et appareillage selon la revendication n0 1 caractérisés en ce que l'air utilisé à entretenir la combustion est rechauffé, avant son introduction dans le foyer, par échange de chaleur avec les fumées sortant du foyer. 3. Procédé et appareillage selon les revendications 1 et 2 caractérisés en ce que la circulation de l'air et celle des fumées est réalisée par un ventilateur (ou compresseur) unique, assurant ces deux fonctions. 4. Procédé et appareillage selon les revendications 1. 2 et 3 caractérisés en ce que le débit d'air est assujetti au débit de combustible introduits dans le foyer. à l'aide d'instruments de contrôle ou manuellement. Dans ce but on peut se servir: entre d'autres moyens. de thermostats règlant le débit d'air en fonction de la température des fumées. ou en fonction de la quantité de c FUstible Procédé et appareillage,selon les revendications 1. 2 fumées sont et 3 caractérisés en ce que les. préalablement refroidies ou non sont mises en contact avec une solution neutralisante alcaline, capable de réagir avec des composes de nature acide contenus dan. les fumées. 6. Procédé et appareillage selon les revendications 1, 2 3 et 5 caractérisés en ce la solution neutralisante alcalin contient essentiellement du carbonate de soude ou d'autres composés alcalins tels que la soude caustique. du carbonate de potasse. de la potasse caustique et des composés similaires de l'ammonium. 70 Procédé et appareillage selon les revendications 1 2 3 5 et 6 caractérisés en ce que des résultats satisfaisants peuvent être obtenus en utilisant des quantités très faibles de réactifs alcalins inférieures à une molécule de carbonate de soude pour-deux molécules d'-anhydride sulfureux ou sulfurique Bien entendu on peut dépasser ce-s consommations mais celà augmente inutilement le coût de la purification des fumées. 8. Procédé et appareillage selon les revendications 1, 2 3. 5. 6 et 7 caractérisés en ce que le contact entre les fumées et la solution neutralisant#e est réalisée entre 50 et 1200 sentit 9. Procédé et appareillage selon les revendications précédentes caractérisés en ce qu'on règle la température à laquelle la la réaction est réalisée au moyen de choisir la quantité d'eau introduite dans l'appareil purificateur des fumées, éventuellement sous la forme de solution neutralisante, qui est plus ou moins diluée. 10. Différent types d'appareillage de contact intime entre les fumées et la solution neutralisante peuvent être utilisés selon les revendications précédentes. L'appareillage préféré est un laveur similaire. jusqutà un certain point aux colonnes à plateaux utilisées en distillation industrielle. Des colonnes à garnissages peuvent également être utilisées. Le laveur préféré comporte un certain nombre de plateaux. Parmi d'autres types de plateaux ceux formés par des tôles perforées sont préférés. 11. Les cheminées elles-mêmes. préexistantes ou non. peuvent être utilisées comme appareillages de contact. A cet effet elles seront munies des accessoires mentionés précédemment, tels que ventilateur pour faire circuler les fumées, et appliqueront en partie ou intégralement, les revendication numéros 4 5, 6 7, 8, 9. et 10. 12. Procédé et appareillage selon les revendications précé- dentes caractérisés en ce qu'on fait circuler entre le fond et la partie supérieure de l'appareil'laveur une partie de la solution accumulée à la partie inférieure de ce même appareil. Cette solu- tion circulante est appelée reflux. 13. Procédé et appareillage selon les revendications précédentes caractérisés en ce que la partie inférieure de l'appareil laveur est construite en appliquant les normes définissant les bassins de décantation. De ce fait le même appareil laveur est apte à éliminer les impuretés solides que peuvent contenir les fumées. 14. Sont protégés par la présente invention tous les échange geurs de chaleurs caractérisés en ce qu'ils sont contitués par des tubes droits sans aucun coude ni aucun chicane. Ces échangeurs de chaleur se distinguent par leur plus grande efficacité de trans mettre la chaleur sous de faiblespertoe de charge et par la fac i lité de leur nettoyage si celà devient nécessaire. 15. Sont incluses dans la présente invention les différents procédés automatiques ou manuels de contrôle de fabrication, ainsi que les instruments correspondants. Celà concerne en parti culier: a) Xfin d'assurer une combustion plus économique, on assujettit par des moyens connus le régulateur qui détermine la quantité d'air introduite dans le foyer, au fonctionnement du moyen déterminant la quantité de combustible introduite dans le même foyer. b) On maintient la température de réaction au niveau choisi à l'aide d'un thermostat de type connu qui agit sur la quantité d'eau utilisée pour dissoudre le réactif neutralisant, le carbonate de soude. c) La quantité de carbonate de soude introduit dans l'appareil laveur est déterminée par un contrôleur de PH, qui pet mesurerle PH de la solution accumulée au fond de l'appareil laveur; soit celui des gaz purifiés. d) La quantité de reflux circulant entre le bas et le haut du laveur est contrôlée par un contrôleur de pression de type connu qui agit en fonction de la pression régnant à la partie inférieure de l'appareil laveur.