Brevet FR2551184A1 — publié le 19850301

-1 Procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un foyer de chaudière, et dispositif de mise en oeuvre de ce procédé La présente invention concerne un procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un foyer de chaudière à combustible solide 5 fossile, dans lequel on met en suspension le matériau pulvérulent dans un gaz, puis introduit celuici dans le foyer Elle s'étend en outre à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. On a déjà proposé dans une publication de A L Plumley, O D. Whiddon, F W Shutko et J Jonakin, présentée à l'American Power Confe10 rence, Chicago, 1967, de mettre en suspension de la dolomie dans de l'air in Jecté dans la rangée supérieure de brûleurs d'un foyer de chaudière à charbon pulvérisé, afin de réduire les quantités d'anhydrides sulfureux et sulfurique formées dans le foyer, par réaction avec ceux-ci entrainant la formation de sulfate de magnésium, et par suite de réduire la 15 corrosion dans les faisceaux d'échange de chaleur avec les fumées du foyer Toutefois, si l'anhydride sulfurique paraissait totalement éliminé dans les fumées, le pourcentage d'élimination de l'anhydride sulfureux était faible. D'autres publications, notamment celle de K Hein et A Schiffers, 20 Brennst -Wârme-Kraft, 31, 1979 n 10, p 389-391, ont proposé de mélanger des additifs tels que la chaux éteinte, le carbonate de calcium ou la chaux vive, à du lignite avant son broyage et son introduction à l'état pulvérulent dans un foyer de chaudière, en vue de réduire les émissions d'anhydrides sulfureux et sulfurique à la cheminée de la chau25 dière. La présente invention a pour but de procurer un procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un foyer de chaudière qui assure un meilleur contact entre les grains de matériau pulvérulent et les gaz de combustion, et par suite améliore l'efficacité de l'injection de 30 matériau pulvérulent, et notamment le pourcentage de réduction des teneurs en anhydrides sulfureux et sulfurique dans les fumées à la sortie de la chaudière dans le cas o le matériau pulvérulent est un oxyde ou un sel de métal alcalino-terreux ou alcalin susceptible de fixer ces anhydrides pour former un sulfate Elle a encore pour but de permettre 35 d'injecter des quantités importantes de matériau pulvérulent et d'assurer une bonne dispersion de celui-ci dans le foyer sans perturber de façon notable le fonctionnement de la chaudière. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on effectue la mise en suspension du matériau pulvérulent dans un faible 5 débit de gaz, que l'on introduit dans le foyer à faible vitesse, et en ce que l'on introduit dans le foyer autour du gaz de mise en suspension ou un peu audessous de celui-ci un débit beaucoup plus élevé d'air chaud ou de gaz chaud auxiliaires à vitesse plus élevée. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristi10 ques suivantes Le gaz de mise en suspension du matériau pulvérulent est de l'air froid. L'on injecte le gaz chargé de matériau pulvérulent en plusieurs points sur le pourtour du foyer. La vitesse du gaz de mise en suspension à son débouché dans le foyer est faible et inférieure à celle de l'air chaud ou du gaz chaud auxiliaires. Le débit d'air chaud ou de gaz chaud introduit dans le foyer autour ou un peu au-dessous du gaz de mise en suspension est d'au moins 1 20 kg par kg de matériau pulvérulent. La vitesse de l'air chaud ou du gaz chaud auxiliaires introduits dans le foyer autour ou un peu au-dessous du gaz de mise en suspension est comprise à son débouché dans le foyer entre 30 et 70 m/s. L'air chaud introduit dans le foyer autour ou un peu au-dessous 25 du gaz de mise en suspension est prélevé sur l'alimentation du foyer en air de combustion. Le gaz chargé de matériau pulvérulent est injecté dans le foyer à un niveau o la température maximale des fumées est comprise entre 1000 et 1500 C. Les points d'injection dans le foyer sont choisis de façon que le temps de séjour du matériau pulvérulent dans le foyer entre son niveau d'injection et le niveau o la température des fumées est réduite à 8000 C soit suffisant pour que le matériau pulvérulent réagisse chimiquement. L'invention s'étend en outre-à un dispositif d'injection de maté35 riau pulvérulent dans un foyer de chaudière à combustible solide fossile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une buse d'injeetion dans le foyer de matériau pulvérulent en suspension dans un faible débit de gaz, et au moins une buse d'injection d'un débit plus élevé d'air chaud ou de gaz chaud autour ou un peu au-dessous de la buse d'injection 5 de gaz porteur du matériau pulvérulent, en débit plus élevé que ce gaz porteur. L'invention s'applique aux chaudières à combustible solide fossile, charbon ou lignite, que ceux-ci soient introduits dans la chaudière à l'état pulvérisé, à l'état granulaire, sur une grille ou 10 éventuellement à l'aide de projecteurs, ou y soient mis en suspension en lit fluide. Le matériau pulvérulent peut être un oxyde alcalino-terreux ou alcalin, ou un sel de métal alcalino-terreux ou alcalin, par exemple de la chaux vive ou éteinte, du calcaire, de la magnésie, de la dolomie, son 15 effet étant alors de réagir sur les anhydrides sulfureux et sulfurique formés au cours de la combustion du combustible solide en formant un sulfate solide, et en réduisant de ce fait la teneur des fumées en ces anhydrides Mais ce peut être aussi un matériau destiné à modifier la fusibilité des cendres, ou plus généralement à influer sur les réactions 20 chimiques se produisant dans le foyer. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un dispositif d'injection de chaux vive dans un foyer de chaudière à charbon pulvérisé. La figure 1 représente en coupe verticale une buse d'injection de 25 l'air froid chargé de chaux entourée d'une buse annulaire d'injection d'air chaud. La figure 2 représente schématiquement en coupe verticale les niveaux d'injection d'air froid chargé de chaux, d'air chaud de maintien en suspension de la chaux et d'air de combustion dans le foyer de la 30 chaudière. La figure 3 représente en coupe horizontale une-disposition possible des buses d'injection d'air froid chargé de chaux dans la chaudière. Dans la figure 1, l'air froid chargé de chaux dans un dispositif 35 doseur (non représenté), arrive par la buse 1 qui débouche dans la _ 4 paroi 2 du foyer 3 Cet air pourrait être remplacé par de l'air chaud ou par des fumées recyclées. La buse 1 est entourée par la buse annulaire 4 d'air chaud, à une température de 250 à 320 C, prélevé sur le circuit d'air de combustion, 5 dont le débit est réglable par le volet 5 La veine annulaire d'air chaud entourant la veine d'air froid chargé de chaux assure une répartition de la chaux dans toute la section droite du foyer, et évite en particulier que les grains de chaux ne se dirigent vers le bas du foyer le long de'sa paroi. Dans la figure 2, le niveau 11 des injecteurs de chaux dans l'air froid correspond à une température maximale des fumées de 1350 C La hauteur H séparant ce niveau de celui des surchauffeurs de vapeur 6, o la température maximale des fumées est d'environ 800 C, est telle que le temps de séjour des particules de chaux dans la chaudière entre ces deux 15 niveaux soit d'environ 2 secondes, ce qui leur permet de réagir dans une large mesure avec les anhydrides sulfureux et sulfurique, sans cependant être portées à une température trop élevée qui entrainerait leur fusion superficielle et une diminution de leur réactivité. L'air chaud de maintien en suspension de la chaux pénètre dans le 20 tuyau au niveau 15, un peu au-dessous du niveau d'injection de la chaux. Enfin les brûleurs à charbon pulvérisé sont disposés aux niveaux 12, 13 et 14, notablement au-dessous des injecteurs de chaux et d'air chaud. La figure 3 représente la disposition des injecteurs de chaux 11 A, 11 B, 11 C, 11 D en section droite horizontale, dans les angles du foyer. 25 D'autres dispositions seraient cependant possibles Les injecteurs pourraient être disposés sur deux faces opposées du foyer (par exemple face avant et face arrière) dans le cas d'un foyer à chauffe frontale. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un foyer de chaudière à combustible solide fossile, dans lequel on met en suspension le matériau pulvérulent dans un gaz, puis introduit celui-ci dans le foyer, 5 caractérisé en ce que l'on effectue la mise en suspension dans un faible débit de gaz, que l'on introduit ( 1) dans le foyer à faible vitesse, et en ce que l'on introduit ( 4) dans le foyer autour du gaz de mise en suspension ou un peu au-dessous de celui-ci un débit beaucoup plus élevé d'air chaud ou de gaz chaud auxiliaires à vitesse plus élevée. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de mise en suspension du matériau pulvérulent est de l'air froid. 3/ Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on injecte le gaz chargé de matériau pulvérulent en plusieurs points sur le pourtour du foyer ( 11 A, 11 B, 11 C, 11 D, figure 3). 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la vitesse du gaz de mise en suspension à son débouché dans le foyer est faible et inférieure à celle de l'air chaud ou du gaz chaud auxiliaires. / Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit d'air chaud ou de gaz chaud introduit dans le foyer autour ou un 20 peu au-dessous du gaz de mise en suspension est d'au moins 1 kg par kg de matériau en suspension dans ce dernier gaz. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la vitesse de l'air chaud ou du gaz chaud introduit dans le foyer autour ou un peu au-dessous du gaz de mise en suspension est comprise à son débouché dans le foyer entre 30 et 70 m/s. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'air chaud introduit dans le foyer autour ou un peu au-dessous du gaz de mise en suspension est prélevé sur l'alimentation du foyer en air de combustion. 8/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le gaz chargé de matériau pulvérulent est injecté dans le foyer à un niveau o la température maximale des fumées est comprise entre 1000 et 1500 "C. 9/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les points d'injection dans le foyer sont choisis de façon que le temps 35 de séjour du matériau pulvérulent dans le foyer entre son niveau d'injec- 2551 1 ? 6. tion et le niveau o la température des fumées est réduite à 8000 C soit suffisant pour que le matériau pulvérulent réagisse chimiquement. / Dispositif d'injection d'un matériau pulvérulent dans un foyer ( 3) de chaudière à combustible solide fossile, caractérisé en ce qu'il 5 comprend une buse ( 1) d'injection dans le foyer de matériau pulvérulent en suspension dans un faible débit de gaz, et au moins une buse ( 4) d'injection d'air chaud ou de gaz chaud autour ou un peu au-dessous de la buse d'injection de gaz porteur du matériau pulvérulent, en débit plus élevé que celui de ce gaz porteur.