Brevet FR2539216A1 — publié le 19840713

L'invention concerne une chaudière, et notamment une chaudière comportant un appareil de dénitration. Les procédés actuels de diminution de la concentration en oxydes d'azote (non) des gaz de décharge produits par combustion à l'intérieur de chaudières ou contenus initialement dans des gaz combustibles sont de deux types, à savoir le procédé de réglage de combustion et le procédé de dénitration des gaz de fumée. L'invention concerne ce dernier procédé, à savoir le procédé de dénitration des fumées qui consiste à éliminer les oxydes d'azote des gaz de décharge d'une chaudière. L'invention concerne en particulier un procédé de dénitration à sec. L'un de ces procédés de dénitration à sec, basé sur une réaction avec lQammoniac qui peut être exprimée-par la formule suivante, est particulièrement efficace Cette réaction de dénitration est obtenue par l'ac tion d'un catalyseur dont les caractéristiques constituent le facteur le plus important de la réaction.Les températures optimales de réaction pour de tels catalyseurs sont en général comprises entre 3500 et 500e C. Par ailleurs, la température des gaz sortant d'une chaudière est d'environ 2000#C. Il est donc classique de soumettre les gaz de décharge d'une chaudière à une dénitration dans une tour prévue à cet effet, uniquement après que la température de ces gaz a été élevée à la valeur Qp- timale de réaction. En particulier, dans une chaudière classique, telle que celle représentée sur la figure l des dessins annexés et décrits ci-après, le gaz non traité(2)de sortie de la chaudière (1) est pré chauffé par de la chaleur de récupération dans un échanb geur (3) de chaleur entre gaz, et sa pression est élevée par un ventilateur (4) avant que ce gaz soit introduit dans un four (5) de chauffage oh sa température est portée à la valeur optimale de dénitration. le gaz non traité (2) ainsi élevé en température et en pression est alors introduit dans un réacteur (6) de dénitration où la dénitration souhaitée est effectuée. le gaz (2 A) est ensuite canalisé de manière à passer dans l'échangeur t3) de chaleur où il cède de sa chaleur avant d'être déchargé par une cheminée (7). Dans une telle installation classique, le gaz non traité (2) provenant de la chaudière (l) est porté à la température optimale de réaction1 puis sou ntis à une dénitration dans le réacteur (6). Il est donc nécessaire de mettre en oeuvre un four (5) de chauffage, un dispositif de réglage de température (non représente etc. Il en résulte une augmentation du prix global de l'installation. Etant donné que les gaz non traités de combustion circulant dans une chaudière doivent être portés à une telle température optimale de réaction sans exception; il est possible de prévoir le montage de l'appareil de dénitration à l'intérieur de la chaudière. Ainsi, comme représenté sur la figure 2 des dessins annexés et décrits Ci-aprèE9 un appareil (15) de dé- nitration utilisant un catalyseur est monté dans le conduit (l4) des gaz de décharge provenant de la sortie supérieure (12) du foyer (11) d'une chaudière (10) et aboutissant à la sortie (13) de cette chaudière (10).L'appareil de dénitration est mon- té dans la zone présentant la température optimale de réaction pour le catalyseur, cQest-S-dire entre un économiseur secondaire (16) et un économiseur primaire (17). Par conséquent, le gaz non traité (20A) provenant du foyer (il) passe sur des surchauffeurs (P8) et (19) à travers l'économiseur secondaire (16) dans leap- pareil (15) de dénitration où il est soumis à la dénitration souhaitée1 et le gaz ainsi traité (20B) passe ensuite de l'éco- nomiseur primaire ()7) dans une cheminée (22) d'évacuation à travers un échangeur (21) de chaleur dans lequel ce gaz cède de sa chaleur à de l'air. Dans cette forme de réalisation de chaudière contenant un appareil de dénitration; les pièces associées à l'appareil de dénitration et représentées sur la figure l peuvent être supprimées par une conception des deux économiseurs (16) et (17) de manière qu'ils assurent le passage du gaz à travers l'appareil (15) de dénitration à une température optimale de dénitration.Cependant, les problèmes suivants risquent d'ap paraître a) - Dans le cas où la chaudière est conçue pour la combustion exclusive d'huile lourde, bien que le pourcentage voulu de dénitration puisse être obtenu par la mise en place de l'appareil de dénitration à une position dans laquelle le gaz est à la température optimale, il peut #rri-:er e 1a chau cibare doive brûler du gaz pauvre de haut fourneau et/ou du gaz de four à coke seul ou avec l'huile lourde. Dans ce dernier cas, il n'est pas toujours possible de maintenir la température du gaz à l'intérieur de l'appareil de dénitration à la valeur optimale et la température peut dévier de la plage acceptable. n) - Méme en cas d'utilisation d'un seul type de combustible, il est parfois possible que la température du gaz dans l'appareil de dénitration dévie de la plage optimale sous l'effet de charges locales. Dans certains cas, la quantité de NO produite au moment de l'application d'une charge locale peut être négligée. Cependant, dans certaines conditions d~utilisa- tion, cette quantité de NOx ne peut être négligée. c) - Pour maintenir le pourcentage souhaité de déni tration lorsque la temperature du gaz varie fortement, il est nécessaire de mettre en place une garniture excédentaire pour le catalyseur de dénitration en prévision des pires conditions de fonctionnement. d) - L'appareil de dénitration, composé de couches de catalyseur de dénitration, étant monté à l'intérieur de la chaudière, il peut parfois être nécessaire d'arrêter le fonctionnement de l'ensemble de la chaudière à cause de l'appareil de dénitration, par exemple pour le lavage à l'eau des couches de catalyseur de dénitration. Cet arrêt n'est pas souhaitable en ce qui concerne le rendement. L'invention concerne une chaudière contenant un appareil de dénitration et qui est conçue pour résoudre les pro dèmes ci-dessus par la mise en oeuvre d'un dispositif de ré- glage de la température du gaz de combustion dans une zone comportant l'appareil de dénitration qui utilise un catalyseur. Dans une forme avantageuse de réalisation de lginvention, le dispositif de réglage de température de la chaudière comprend une source de gaz ayant une température différente de celle du gaz de combustion dans ladite zone, et une soupape de commande placée dans une communication entre la source de gaz et ladite zone. Dans ce cas, le réglage de la température du gaz de combustion s'effectue rapidement, de sorte qu'un pourcentage stable de dénitration est maintenu constamment. Dans une autre forme de réalisation avantageuse, la source de gaz de la chaudière selon l'invention est constituée par le gaz de combustion présent en amont de ladite zone dans le conduit dudit gaz de combustion. Dans ce cas, aucune source supplémentaire de chaleur ou de gaz n'est nécessaire, ce qui simplifie les opérations d'entretien et ce qui réduit le coût de fonctionnement. L'invention concerne donc une chaudière dont au moins un tronçon du conduit du gaz de combustion, qui comprend ladite zone de température optimale, est divisé en plusieurs dispose tifs et registres commandant l'ouverture et la fermeture de canaux cloisonnés,en amont et en aval desquels ces registres sont placés, de manière que les couches de catalyseur de dênitration des canaux cloisonnés puissent être lavées successivement à l'eau sans interrompre le fonctionnement de la chaudière, par fermeture à un certain moment d'un canal i nettoyer tout en per- mettant à autre canal ou aux autres canaux de rester ouverts. Dans une forme avantageuse de réalisation de la chan- diète selon l'invention, au moment de la manoeuvre de la soupape de commande, le degré d'ouverture des registres est réglé en association avec cette soupape. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique de l'installation d'une chaudière classique - la figure 2 est une coupe longitudinale schématique de l'installation d'une chaudière à laquelle l'invention s'applique ;; - la figure 3 est une coupe longitudinale schématique d'une première forme de réalisation de la chaudière selon l'invention - la figure 4 est une coupe longitudinale schématique d'une deuxième forme de réalisation de la chaudière selon l'invention, présentant un perfectionnement par rapport à la première forme citée - la figure 5 est une coupe suivant la ligne V - V de la figure 4 - les figures 6 et 7 sont des coupes longitudinales schematiques de variantes de la premier forme de realisation de la chaudière selon l'invention - la figure 8 est une coupe longitudinale schématique d'une troisième forme de réalisation de la chaudière selon l~in- vention ; et - la figure 9 est une coupe longitudinale schématique d'une variante de la troisième forme de la chaudière selon lBin- vention. La chaudière (30) de la première forme de réalisation selon l'invention représentée par la figure 3 comprend un appareil (35) de dénitration constitué principalement de couches de catalyseur de dénitration et monté dans un conduit (34) de gaz de combustion partant de la sortie supérieure (32) du foyer (31) de la chaudière et aboutissant à la sortie (33) de ladite chaudière (30) L'appareil (35) de dénitration est placé dans une zone de répartition de température optimale pour le catalyseur, cWest-à-dire entre un économiseur secondaire (36) et un économiseur primaire (37) La chaudière comporte également un surchauffeur (38) monté dans la sortie supérieure (32) du fpyer, un surchauffeur (39) monté entre le surchauffeur (38) et l'économiseur secondaire (36), un échangeur de chaleur (41) entre le gaz de combustion et l'air, dispose. à l'extérieur de la sortie (33), et une cheminée (42) Un dispositif (43) règle la tempéras ture de la zone de répartition de température optimale de reaco tion Ce dispositif comprend un conduit (44) de dérivation partant du conduit (34) du gaz de décharge et établissant une communication entre les côtés amont et aval de lléconomiseur secondaire (36) Le conduit (44) de dérivation porte une soupape (45) de commande pouvant être déplacée entre une position d'ouverture et une position de fermeture par un dispositif (46) qui détecte la température du gaz entre 1 'économiseur secondaire (36) et les couches (35) de catalyseur de l'appareil de dénitration Le gaz non traité (40A) provenant du foyer (31) traverse les deux surchauffeurs (38) et (39) et l'économiseur secondaire (36) pour atteindre l'entrée de l'appareil (35) de déni- traction Lorsque la température du gaz non traité (40A) est égale la température régnant dans la zone de répartition de température optimale de réaction, ce gaz traverse l'appareil (35) dans lequel il subit ine denitration, et le gaz traité (4go) 'coule à travers l'éconorniseur primaire (37) vers la cheminée (42) Par contre, lorsque la température du gaz non traité 40A) est inférieure à celle régnant dans ladite zone, cette différence est détectée par un dispositif (46) qui commande l'ouverture de la soupape v45) afin que le gaz non traité (oOA), qui est à une haute température avant de traverser l'économiseur secondaire (36), soit appliqué à l'entrée de l'appareil (35) de dénitration en passant dans le canal (44) de dérivation et se mêle au gaz non traité (40A) ayant traversé l'économiseur secondaire (36), pour élever la température de ce gaz non traité (4OA) Ce réglage de température est exécuté automatiquement de manière que la température du gaz non traité arrivant à l'appareil de dénitration soit toujours égale à la température optimale de réaction, Les figures 4 et 5 représentent une seconde forme de réalisation de l'appareil selon l'invention, apportant un per fectionnement à la première forme de réalisation décrite Les éléments communs avs deux formes de réalisation portent les mêmes références numériques et leur description ne sera pas reprise. La caractéristique principale de la variante représentée sur les figures 4 et 5 consiste dans le fait qu'au moins le troncon du conduit (34) de gaz de combustion, compris entre la sortie supérieure (32) du foyer (31) et la sortie (33) de la chaudière et dans lequel l'appareil (35) de dénitration est monté, est divisé en plusieurs parties.Dans la forme de réalisation représentée, la portion comprise entre le surchauffeur (38) et le surchauffeu (39) placé en aval du précédent constitue un conduit commun de gaz de combustion, alors que la portion située en aval du surchauffeur (39) est divisée en plusieurs canaux de gaz de combustion, à savoir deux canaux (5au) et (54B) dans l'exemple re présenté. Dans chacun de ces canaux sont disposés un économiseur secondaire (36), un appareil (35) de dénitration, un économiseur primaire (37) et un dispositif (43) de réglage de température. En outre les sorties (53A) et (53B) des canaux (54A) et (54B) forment la sortie de la chaudière (30) et sont reliées à la cheminée (42) par l'intermédiaire d'échangeurs (41) de chaleur entre le gaz et l'airs Les entrées des canaux (54A) et (54B) com portent des registres (51A) et (5in), alors que leurs sorties, c'est-à-dire les sorties Le gaz non traité (40A) de combustion provenant du foyer (31) traverse donc les deux surchauffeurs (38) et (39) pour atteindre les entrées des deux canaux (54A) et (54B) ou le courant de ce gaz se divise pour traverser les économiseurs secondaires séparés (36) et atteindre les entrées des appareils (35) que le gaz traverse afin de subir une dénitration. Le gaz traité (40B) de combustion s'écoule vers la cheminée (42) à travers les économiseurs (37) et les échangeurs (41) de chaleur. Au cours de cette opération normale de dénitration, les regis tres (51A) et (51B) et (52A) et (52B) sont ouverts et les gaz de combustion s1 écoulent uniformement dans les deux canaux (54A) et (54B). La fermeture des registres (518), (52A) ou (513), (523) de l'un des canaux (54A) et (54B) empêche l'écoulement du gaz dans ce canal. Par conséquent, il est possible de laver à l'eau l'appareil de dénitration et l'échangeur de chaleur placés dans celui des canaux (54A) et (54B) dans lequel l'écoulement du gaz de combustion est interrompu, sans que l'écoulement du gaz de combustion dans l'autre de ces canaux soit arrêté. De plus, lorsque la température présentée par le gaz de combustion dans les zones où sont placés les appareils (35) d dénitration est inférieure à la température optimale de réaction, un réglage peut être effectué cdmme décrit pour la premiè- re forme de réalisation, dans ce cas par la fermeture du regis tre (sua) ou (51B) d'entrée à un degré convenable lorsque la soupape (45) de commande est ouverte. Le débit d'écoulement du gaz de combustion dans le canal (44) de dérivation peut alors être aisément et efficacement réglé par rapport au débit d'écoulement du gaz (40A) de combustion, de même, par conséquent, que température du gaz de combustion. La chaudière représentée sur la figure 6 est substantiellement analogue à celle de la première forme de réalisation représentée sur la figure 3, la seule différence résidant dans le montage du dispositif (43) de réglage de température. Dans ce cas, la source de gaz à haute température du dispositif (43) de réglage comprend un foyer (60) d'élévation de température et un conduit (o1) qui part du foyer (60) et qui établit une communicatio#n entre l'économiseur (36) et l'appareil (35) de dénitration et qui porte une soupape (62) de commande actionnez par un dispositif (63). La chaudière présentée sur la figure 7 est également analogue à celle de la figure 6, sauf que le dispositif (43) de réglage de température comprend un conduit (71) d'alimentation d'un fluide à basse température (par exemple en air ou un tout autre gaz) qui établit une communication entre l'économiseur secondaire (36) et l'appareil (35) de dénitration. Une soupape (72) de commande, actionnée par un dispositif (73) est monthe dans ce conduit (71). La figure 8 représente un exemple d'une modification apportée à la chaudière et à l'appareil de dénitration. Cette forme de réalisation comprend une chaudière (80) qui comporte un foyer (81), un surchauffeur (85) et un réchauffeur (86) disposes dans un conduit (84) de gaz de combustion, entre une sortie supérieure (82) du foyer et une sortie (83) de la chaudière.Un appareil (87) de dénitration est monté à proximité de la sortie (83), en aval du réchauffeur (86). Un conduit (883 de dérivation, destiné à établir une communication entre les côtés amont et aval du réchauffeur (86), et une soupape (89) de commande acouverture et de fermeture du conduit (88), sont destines à régler la température du gaz de combustion à l'emplacement de l'appareil (87) de dénitration Cet appareil (873 comprend une couche de catalyseur de dénitration ayant, en coupe, un profil en V retourné, afin de présenter une aire importante au courant de gaz d combustion.La chaudière comporte également un échangeur (90) de chaleur entre le gaz et l'air et aussi un brûleur (91) La forme de réalisation reprEsentée sur la figure 9 est à peu près analogue à celle représentée sur la figure 8, sauf qu'un appareil (92) de aénitration est monté entre un surchauffeur (85) et un rechauffeur (86) et comprend une couche de catalyseur de dénitration ayant, en coupe, un profil en forme de V.En outre, pour régler la température du gaz de combustion à l'emplacement de l'appareil (92) de dénitration, une source (93) de gaz à haute ou basse température est reliée à un espace compris entre le surchauffeur (85) et l'appareil de dénitration par un conduit (94) d'alimentation qui porte une soupape (95) de commande Des changements et modifications peuvent être apportés à la chaudière décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les appareils (35), (87) et (92) de dénitration sont constitués principalement de couches de catalyseur- de dénitration, comme décrit précédemment. Ainsi, par exemple dans le cas ou une réaction de dénitration est réalisée en utilisant du NH3 comme réducteur, comme indiqué dans la formule du préambule, un dispositif d'alimentation en ammoniac est ravis demment mis en place et il est relié à la couche de catalyseur de dénitration.Le réducteur n'est pas nécessairement de l'am- moniac et il peut être du monoxyde de carbone, de llhydrogène, du méthane, et d'autres hydrocarbures et leurs mélanges Dans ce cas, la chaudière comporte un dispositif assurant l'alimen- tation de ce gaz En outre, au lieu de réaliser l'alimentation réductrice à partir de l'extérieur du conduit de gaz de combusy tion, il est aussi possible d'introduire initialement le réduc teur dans le conduit de gaz de combustion par une combustion incomplète ou une toute autre manière convenable Dans ce cas, seule une couche de catalyseur de dénitration est utilisée En ce qui concerne les catalyseurs de dénitration, dans le cas oÛ l'ammoniac est utilisé comme réducteur, les cao talyseurs peuvent être ceux décrits dans la demande de brevet français NO 76 L9 735g déposée par la même Demanderesse, et leurs modifications Dans le cas où d'autres réducteurs sont utilisés, il est possible d'utiliser les catalyseurs décrits dans la demande de brevet français NO 73 43 379 déposée par la même Demanderesse, et leurs modifications Cependant, l'invention n'est pas limitée à ces catalyseurs et d'autres catalyseurs connus et ayant de nouvelles compositions peuvent convenir. REVENDICATIONS 1 Chaudière comportant un foyer, plusieurs étages d'échange de chaleur disposes dans un conduit parcouru par le gaz de combustion évacué du foyer, un ensemble de dénitration placé dans une zone du conduit présentant une température optimale de réaction pour un catalyseur associé, et un dispositif de réglage de la température du gaz de combustion dans ladite zone, caraco térisée en ce que le-conduit est formé, dans ladite zone, de plusieurs canaux (54A, 54B) pourvus chacun de registres (51A, 52A ;; SiE,- 52B) en leurs extrémités amont et aval, et qu'un appareil de dénitration (35) faisant partie de l'ensemble de dénitration et utilisant un catalyseur est disposé dans chaque canal entre les registres amont et aval 2 Chaudière selon la revendication 1, caraco térisée en ce que le dispositif de réglage de la tempéz rature comporte un conduit de dérivation (44) reliant l'extrémité amont du conduit à la zone de réaction opti- ale de chaque canal (54A, 54E), dans lequel est disposée une soupape de commande (ng) adaptée à agir en fonction de la température du gaz de combustion dans ladite zone de chaque canal et du degré dlouverture des registres correspondants.