Brevet FR2546272A1 — publié le 19841123

La présente invention concerne un procédé pour désulfurer les gaz provenant de la combustion en lit fixe d'un combustible solide soufré ou améliorer leur combustion et des foyers de chaudière comportant application de ce procédé. La désulfuration des gaz de combustion est devenue un problème majeur. Divers procédés ont été proposés à cet effet. Certains procédés utilisent les réactions de produits alcalins et le lait de chaux, ce qui conduit à des installations relativement importantes et couteuses. Pour réduire les frais d'exploitation, on a pensé à utiliser les éléments alcalins des cendres volantes des foyers à pulvérisé ou à lit fluidisé. La présente invention vise à fournir une solution particulièrement économique au problème de la désulfuration des gaz de combustion, notamment dans le cadre de l'utilisation de foyers de chaudières à combustion étagée, telles que celles décrites dans les brevets FR-A-895 629 et US-A-2 554 092, FR-A-1 020 525 et la demande de brevet français 82/08 603, où elle permet non seulement d'éviter le rejet de fumées soufrées, mais également d'améliorer la combustion secondaire. La présente invention a pour objet un procédé pour désulfurer les gaz combustibles provenant de la combustion en lit fixe d'un combustible solide et/ou améliorer leur combustion, caractérisé en ce qu'on effectue une combustion inversée du combustible solide dans une zone de précombustion et on fait passer les gaz obtenus dans cette zone à travers une zone de combustion proprement dite du combustible solide, adjacente à la zone de précombustion, les températures dans la zone de pré combustion et dans la zone de combustion proprement dite étant réglée de façon à obtenir un dégagement des matières volatiles dans la zone de précombustion et une fixation du soufre sur les matières solides cendreuses dans la zone de combustion proprement dite et/ou une amélioration de la qualité des gaz combustibles par suite de réactions de dissociation des matières volatiles et/ou de la vapeur d'eau. Les températures dans la zone de précombustion et dans la zone de combustion proprement dite peuvent être réglées aisément par le mélange controlé de gaz brûlé riche en CO2 et à température convenable,respec- tivement avec l'air envoyé dans la zone de précombustion et avec l'air envoyé dans la zone de combustion proprement dite. La température des gaz brûlés recyclés peut être regu- lée par prélèvement de ces gaz en des points différents de leur circuit avant leur évacuation à l'atmosphère. La présente invention a également pour objet un foyer primaire pour combustible solide soufré, et/ou à haute teneur en matières volatiles ou en eau, dans une chaudière du type comprenant un système d'alimentation en combustible solide, un foyer primaire à grille sur laquelle le combustible solide forme un talus d'éboulement épais, ce foyer fonctionnant en gazogène ou semigazogène, et un foyer secondaire de combustion de gaz provenant du foyer primaire, dont les gaz brûlés (fumée par exemple) sont partiellement recyclés dans l'air de combustion du foyer primaire, caractérisé en ce qu'il comprend un pré foyer à combustion inversée disposé entre le système d'alimentation du combustible solide et le foyer primaire et alimenté avec un mélange d'air et de gaz brûlés provenant du foyer secondaire, des moyens pour faire passer les gaz provenant du pré foyer à travers le talus d'éboulement et des moyens pour régler séparément les taux de recyclage des gaz brûlés du foyer secondaire vers le pré foyer et le foyer primaire de façon à obtenir un dégagement des matières volatiles dans le préfoyer et une fixation du soufre sur les matlères solides cendreuses présentes dans le foyer primaire et/ou une amélioration de la qualité des gaz combustibles par suite de réactions de dissociation des matières volatiles et/ou de la vapeur d'eau. Dans la présente invention, par précombustion "inversée" ou combustion "inversée", on désigne une combustion préliminaire dans laquelle l'air de combustion progresse dans le même sens que le combustible solide (alors que, généralement, la combustion se fait à contre-courant ou croisée). En pratique, cette combustion préliminaire peut généralement être effectuée à une température inférieure à 7000C. A cette température, se produit le dégagement des matières volatiles. Ces matières volatiles contiennent une grande partie du soufre présent dans les combustibles solides. Dans les foyers classiques, ces matières volatiles se mélangent aux fumées, brûlent (d'ailleurs très mal) si un excès d'air est présent et quittent le foyer en polluant ainsi l'environnement. Dans la présente invention, au contraire, on force tous les gaz qui proviennent de la combustion préliminaire à travers une zone de combustion plus toussée des matières solides en évitant ainsi toute évacuation directe et irrégulière des matières volatiles et de la vapeur d'eau du combustible. Le soufre contenu dans les matières volatiles se fixe aux matières solides en cours de combustion pour se combiner avec les éléments tels que calcium, maynésium et fer contenus dans ces matières solides cendreuses. Les additions contrôlées d'un gaz brûlé (riche en CC2 > à température convenable envoyé séparément dans les deux zones de combustion en mélange avec l'air permettent de réguler aisément les températures optima de réaction des deux zones grâce aux réactions endothermiques de dissociation du CO2 qui évitent la fusion des cendres. Ainsi, dans la présente invention, la désulfuration est effectuée sur les gaz avant leur combustion proprement dite et évite donc un traitement onéreux des fumées tout en améliorant la qualité de cette combustion. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins représentant seulement des modes de réalisation. Sur ces dessins la Fig. 1 est une arque en coupe verticale d'un foyer primaire selon la presente invention; les Fig. 2 et 3 sont des vues en coupe verticale représentant des variantes de la présente invention. Le foyer primaire 1 représenté sur la Fig. 1 comprend une enceinte 2 munie d'un revetement réfractaire. A l'intérieur de cette enceinte est disposée une grille à gradins simple 3. Cette grille 3 est alimentée en combustible solide granulaire par gravité à partir d'une trémie 4. A l'entrée du foyer 1, c'est-àa dire entre la trémie 4 et le foyer 1, le combustible passe dans un préfoyer 5 séparé du foyer 1 par une paroi 6 ayant une section en L plongeant dans le foyer 1. La sortie du préfoyer 5 est relativement large de façon à permettre la formation d'un large talus d'éboulement sur la grille en gradins 3. Un décendreur-7 assure l'évacuation des cendres s'accumulant à la partie inférieure du foyer 1. Le foyer primaire 1 alimente en gaz combustible un brûleur foyer secondaire 8 par l'intermédiaire d'un conduit 9. Le foyer secondaire est alimenté en air par un conduit 10. Les gaz utilisés pour la combustion du combustible solide sont amenés sous la grille 3 par un conduit 11, tandis que les gaz utilisés pour la combustion préliminaire de type inversée sont amenés à la partie su périeure du préfoyer 5 par un conduit 12. Ces deux types de gaz sont obtenus par un mélange contrôlé d'air prélevé par un conduit 13 et de gaz brûlés (fumée) du foyer secondaire amenés par un conduit 14. L'entrée d'air dans le conduit 12 est commandée par une vanne 15. Les gaz brûlés sont amenés aux conduits 11 et 12 respectivement par l'intermédiaire de conduits 16 et 17 dont l'entrée est commandée par des vannes 18 et 19. Le fonctionnement du foyer 1 est le suivant: Le combustible solide subit une combustion préliminaire de type inversée dans le préfoyer 5. La température dans le pré foyer 5 est réglée à l'aide des vannes 15 et 19 par le réglage des propor- tions relatives d'air et de gaz brûlés du foyer secondaire contenant du CO2. Ce réglage est avantageusement effectué de façon à obtenir seulement un dégagement des matières volatiles dans le préfoyer, c'est-à-dire que la température est maintenue en-dessous de 7000C à 8000C compte tenu de la présence éventuelle de vapeur d'eau La température, dans le foyer primaire 1 est réglée grâce à la vanne 18 par le taux de recyclage des fumées dans le foyer primaire 1. Cette température est avantageusement maintenue entre 700 et 9500C, ce qui évite la fusion des cendres. En outre, le débit global de gaz envoyé par le conduit 12 est réglé de façon à avoir un courant suffisamment fort dé gaz dans le préfoyer pour qu'il ait un trajet suffisant à l'intérieur de la couche des matières solides en cours de combustion formant un talusd'éboulement dans le foyer primaire 1. Lors de ce trajet, le soufre réagit avec les matières solides en cours de combustion et se fixe sur ces matières contenant des- cendres pulvérulentes. En outre, au cours de ce trajet, et en présence de la vapeur d'eau du combustible, il se produit un craquage des matières volatiles dans le pré foyer 5 et un certain réformage du C02 recyclé, ce qui amélicre la combustion ultérieure grâce à la présence de CO et H2 en mélange relativement homogène. De plus, ce craquage améliore la régularité de la combustion. Pour couvrir le talus d'éboulement, le préfoyer 5 pourrait être séparé du foyer primaire 1 et alimenté indépendamment avec un combustible différent, notamment afin de permettre une combustion plus aisée dans le pré foyer. Les foyers représentés sur les Fig. 2 et 3 sont des variantes. Le foyer 21 représenté sur la Fig. 2 est un foyer circulaire comprenant une grille tournante 22, alimenté en gaz pour la combustion par un conduit 23 débouchant sous la grille tournante 22. A la partie supérieure du foyer 21 est disposé un préfoyer 24. Ce préfoyer est séparé du foyer 21 par un rétrécissement 25. il est alimenté en combustible solide par une trémie 26 disposée à la partie supérieure et en gaz utilisé pour la combustion inversée par un conduit 27 débouchant au voisinage de sa partie supérieure. Les gaz combustibles résultant de la combustion dans le foyer 21 sont évacués par un conduit latéral 28. Le foyer 31 représenté sur la Fig. 3 est un foyer comprenant une grille à gradins double 32, alimentée en gaz pour la combustion par un conduit 33 débouchant sous'la grille 32. A la partie supérieure du foyer 31 est disposé un préfoyer 34. Ce préfoyer est séparé du foyer 32 par un rétrécissement 35. Le préfoyer comporte, à sa partie supérieure, une grille à gradins 36 sous laquelle est injecté par un conduit 37 le gaz utilisé pour la combustion inversée. La grille 36 repose sur une base 38 solidaire du rétrécissement 35. Le préfoyer 34 est alimenté en combustible solide par une trémie 39 disposée à sa partie supérieure. Les gaz combustibles résultant de la combustion dans le foyer 31 sont évacués par un conduit 40 disposé juste sous la base 38. Dans le cadre de la présente invention, il est en outre possible de favoriser les réactions de fixation du soufre et les réactions de craquage, de réformage ou autres par l'addition de produits de désulfuration ou de catalyseurs de conversion des matières volatiles et/ou de la vapeur d'eau tels que des catalyseurs de craquage ou de réformage. Ces additifs peuvent être ajoutés séparément au pré foyer à combustion inversée et au foyer primaire proprement dit. ils peuvent être ajoutés notamment au combustible différent que l'on peut utiliser pour le préfoyer. La présente invention trouve une application particulièrement intéressante dans la combustion du lignite qui contient généralement des teneurs élevées en soufre, ainsi qu'avec des combustibles à haute teneur en matières volatiles et en eau. REVENDICATIONS 1. Procédé pour désulfurer les gaz combustibles provenant de la combustion en lit fixe d'un combustible solide et/ou améliorer leur combustion, caractérisé en ce qu'on effectue une combustion inversée du combustible solide dans une zone de précombustion et on fait passer les gaz obtenus dans cette zone à travers une zone de combustion proprement dite du combustible solide, adjacente à la zone de précombustion, les températures dans la zone de précombustion et dans la zone de combustion proprement dite étant réglées de façon à obtenir un dégagement des matières volatiles dans la zone de précombustion et une fixation du soufre sur les matières solides cendreuses dans la zone de combustion proprement dite et/ou une amélioration de la qualité des gaz combustibles par suite de réactions de dissociation des matières volatiles et/ou de la vapeur d'eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les températures optima dans la zone de précombustion et dans la zone de combustion proprement dite sont réglées par le mélange contrôlé de gaz brûle riche en CO2 à température convenable respectivement avec l'air envoyé dans la zone de précombustion et avec l'air envoyé dans la zone de combustion proprement dite. 3. Procédé selon la revendication 2 t caractérisé en ce que pour reguler les températures, les gaz brûlés recyclés sont prélevés en des points différents de leur circuit avant leur évacuation à l'atmosphère. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on ajoute au combustible solide des additifs choisis parmi des produits de désulfuration et des catalyseurs de conversion des matières volatiles et/ou de la vapeur d'eau. 5. Procédé selon-llune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone de précombustion est alimentée séparément avec un combustible différent. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les additifs sont ajoutés au combustible de la zone de précombustion. 7. Foyer primaire à lit fixe pour combustible solide soufré et/ou à haute teneur en matières volatiles ou en eau dans une chaudière du type comprenant un système (4,26,39) d'alimentation en combustible solide, un foyer primaire (1,21,31) à grille (3,22,32) sur laquelle le combustible solide forme un talus d'éboulement épais, ce foyer fonctionnant en gazogène ou semi-gazogène, et un foyer secondaire (8) de combustion des gaz provenant du foyer primaire (1,21,31), dont les gaz brûlés sont partiellement recyclés dans l'air de combustion du foyer primaire, caractérisé en ce qu'il comprend un préfoyer (5,24,34) à combustion inversée disposé entre le système d'alimentation (4,26,39) en combustible solide et le foyer primaire (1,21,31) et alimenté avec un mélange d'air et de gaz brûlés provenant du foyer secondaire (8), des moyens pour faire passer les gaz provenant du préfoyer à travers le talus d'éboulement de façon à éviter une évacuation directe des matières volatiles et des moyens pour régler séparément les taux de recyclage des gaz brûlés du foyer secondaire vers le pré foyer et le foyer primaire de façon à obtenir un dégagement des matières volatiles dans le préfoyer (5,24,34) et une fixation du soufre sur les matières solides cendreuses présentes dans le foyer primaire (1,21,31) et/ou une amélioration de la qualité des gaz combustibles par suite de réactions de dissociation des matières volatiles et/ ou de la vapeur d'eau.