Brevet FR2575272A1 — publié le 19860627

La présente invention concerne la désulfuration des gaz sortant d'un foyer où la combustion s'effectue avec agglomération des cendres sous forme de mâchefers. Les procédés pour limiter les émissions d'oxyde de soufre avec les fumées de combustion peuvent se classer en trois groupes : ceux où l'on élimine le soufre du combustible avant sa combustion, ceux où ltélimination du soufre s'effectue à chaud dans la phase de combustion, et ceux où ltélimination des oxydes de soufre s'effectue à froid par traitement des fumées. L'invention concerne plus précisément un procédé du deuxième groupe précité. Un tel procédé s'applique généralement suivant deux processus distincts. Dans un premier cas,l'absorption des oxydes de soufre par un agent désulfurant approprié, s'effectue dans un lit fluidisé, à vitesse de fluidisation lente, quelquefois appelé "lit à bulles". La réaction de désulfuration se produit alors dans un espace confiné, à savoir : le lit flui dise' qui contient un stock important d'agent désulfurant. Dans un deuxième cas,l'absorption des oxydes de soufre par un agent désulfurant approprié, en milieu entrainé, s'effectue, soit en milieu dilué et en un seul passage (cas de la désulfuration dans la flamme de charbon pulvé risé), soit avec de plus fortes concentrations en solide du mélange gaz-solide, concentrations obtenues par une forte recirculation de solides. Le choix du procédé de désulfuration en cours de combustion, dépend, suivant la technique connue, du type de foyer. Si le foyer est à lit fluidisé à bulles, la désulfuration se fait dans le lit confiné; Si le foyer est à charbon pulvérisé, la désulfuration est réalisée en suspension dans la flamme. Si le foyer est à lit dit "rapide" ou "circulant" la désulfuration se fait en milieu entrainé dense. Les foyers où la combustion s'effectue avec agglo me ration de cendres sous forme de mâchefers ont posé jus qu'ici un certain nombre de problèmes. On citera notamment, quoique non exclusivement, le foyer du type à lit fluidisé, à grille mécanique mobile inclinée vers le haut de l'avant vers l'arrière suivant le sens d'avancement du combustible. La grille, formant support de fluidisation, est traversée par de l'air de soufflage primaire, et une injection d'air secondaire est généralement effectuée au dessus du foyer, dans la chambre de combustion qui surmonte celui-ci. Ce foyer, désigné ci-après par "foyer à grille inclinée, offre déjà un grand avantage du point de vue de la limitation de la pollution atmosphérique, du fait de la très faible teneur des fumées en oxydes d'azote. Toutefois le problème de la désulfuration nta jamais été résolu de façon satisfaisante. Le procédé de désulfuration confiné auquel on a pensé naturellement, s'est révélé inefficace en raison de la température trop èlevée du lit. La présente invention a surtout pour but de résoudre le problème posé par ce type de foyer et de mettre au point un procédé de désulfuration nouveau qui tire parti de certaines qualités remarquables inhérentes au foyer à grille inclinée. Il va de soi, comme cela sera exposé plus loin, que ce procédé est adaptable à d'autres types de foyer, notamment aux foyers dits "à grille mécanique" ou "à projection". L'invention part du fait que le procédé de combustion en foyer à grille inclinée se rapproche de celui à lit circulant par les vitesses qui règnent dans la majeure partie de la chambre de combustion (5 à 6mise par exemple) et par le taux d'envols important de particules qui en résulte. Une première qualité dudit foyer est de ne nécessiter qu'un taux de circulation (rapporf du débit de solides en circulation au débit du combustible entrant) inférieur à 1, tout en obtenant un rendement de combustion satisfaisant. Dans les lits circulants, au contraire, il est nécessaire d'avoir un taux de circulation de 10 à 100 pour obtenir, grâce à un temps d & e séjour suffisant, un rendement de combustion acceptsble. Une deuxième qualité réside en ce que la purge de cendres du circuit se fait naturellement par agglomération des cendres sous forme de mâchefers dans le lit fluidisé, ce qui limite le taux de circulation au dessous de 1. Ces deux qualités sont liées puisqu'un taux de circulation élevé n'est pas nécessaire, et que le phénomène d'agglomération limite justement ce taux. La faiblesse du taux de circulation. des solides, donc de la concentration en poussières des gaz émis par le foyer, a pour conséquence avantageuse de rendre possible le refroidissement des gaz de façon classique dans des échangeurs, évaporateurs ou surchauffeurs par exemple, avant d'en séparer les solides pour les recycler. Dans les lits circulants, au contraire, il ne peut y avoir que des tubes d'échange sur les parois de la chambre de combustion, et un échangeur auxiliaire externe après séparation des solides dans un dépoussiéreur à haute température. Contrairement aux procédés connus, suivant lesquels le combustible et l'agent désulfurant sont traites simultanément, suivant les mêmes circuits et sont purges ensemble aux mêmes endroits, le procédé suivant l'invention consiste essentiellement à superposer au circuit de circulation de combustible en cours de combustion, un circuit de circulation de l'agent désulfurant distinct du précédent. L'invention a plus précisément pour objet un procédé de désulfuration des gaz sortant d'un foyer où la combustion s'effectue avec agglomération des cendres sous forme de mâchefers, caractérisé en ce que l'on introduit dans une zone de combustion ou au dessus de ladite zone, un agent désulfurant dont la granulométrie est plus fine que la granulométrie moyenne des poussières envolées issues du combustible, en ce que l'on sépare, de l'agent désulfurant et des produits de la réaction de désulfuration, les cendres et les imbrulés que l'on injecte dans le foyer dans une zone propice à l'agglomération, et en ce que l'on sépare ensuite des fumées, l'agent désulfurant et les produits de la réaction de désulfuration dont une partie est évacuée par une purge et dont l'autre partie est injectée au dessus du foyer, à une hauteur suffisante pour que la température soit favorable à la réaction de désulfuration et évite l'agglomeration. Le taux de recirculation de l'agent désulfurant est plusieurs fois supérieur au taux de recirculation des suies (cendres et imbrules). L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant une chambre munie à sa partie inférieure d'un foyer où la combustion s'effectue avec agglomération des cendres sous forme de mâchefers, une alimentation en combustible dudit foyer et une alimentation en agent désulfurant, caractérisée ence qu'elle comprend, en outre, un dépoussiéreur primaire, connu en soi, apte à séparer de l'agent désulfurant et des produits de la réaction de désulfuration, les cendres et les imbrulés à injecter dans le foyer dans une zone propice à l'agglomération, un dépoussiéreur secondaire, également connu en soi, apte à séparer des fumées l'agent désulfurant et les produits de la réaction de désulfuration, une purge pour évacuer une partie dudit agent et desdits produits, et une conduite de recyclage pour en injecter l'autre -par- tie dans ladite chambre à une hauteur suffisante pour que l'agglomération ne se produise pas et que la temperature soit favorable à la désulfuration. Le foyer est du type à lit fluidisé à grille mécanique mobile inclinée vers le haut de l'avant vers l'arrière suivant le sens d'avancement du combustible, ladite grille, formant support de fluidisation, étant traversée par de l'air de#seuff1;ge primaire, tandis qu'une injection d'air secondaire est aménagee au dessus du foyer, à travers la paroi de la chambre, le niveau d'injection de l'agent désulfurant et des produits de la réaction de désulfuration se situant au voisinage du niveau d'injection de l'air secondaire. L'alimentation en agent désulfurant peut colncider avec l'alimentation du foyer en combustible. Son niveau peut aussi être le même que le niveau de l'injection du recyclage dudit agent et des produits de la réaction de désulfuration. Suivant une variante, le foyer est du type dit "à projection" selon lequel le combustible est projeté suivant l'étendue longitudinale d'une grille horizontale. Suivant une autre variante, le foyer est du type dit "à grille mécanique". Suivant le procédé conforme à l'invention, on introduit l'agent désulfurant de granulométrie fine, par exemple inférieure à 50 pm, dans la chambre de combustion qui surmonte un lit fluidisé du premier type précité, soit au niveau de l'air secondaire, soit au voisinage de ce niveau, préférablement au dessus. On peut aussi introduire l'agent désulfurant avec le combustible dont la granulométrie est comprise, par exemple, entre O et lOmm.La différence de granulométrie entre les poussières envolées issues du combustible, que l'on désignera par la suite sous le terme de "suies", et l'agent désulfurant, est mise à profit pour effectuer une sélection entre les deux produits et les traiter différemment suivant 1) Le circuit de suies, dont par exemple 80% en masse est d'une taille supérieure à 50 vm, à faible taux de recirculation, avec injection dans la zone du lit fluidité (soit immédiatement au dessus, soit au sein même de celui-ci) des suies séparées dans le dépoussiéreur primaire, d'où une purge naturelle au cendrier du lit fluidisé, par l'ag glomération des cendres, et combustion poussée du carbone dans la zone la plus active. 2) Le circuit de l'agent désulfurant à fort taux de re circulation,avec purge partielle dosée sous le dépoussié- reur secondaire, et injection du reste dans une zone à tem pérature adéquate, dans la chambre de combustion. Un tel procédé permet d'assurer un taux élevé de circulation de l'agent désulfurant permettant d'atteindre des taux de désulfuration élevés sans pour autant accroitre démesurément - comme dans le lit circulant - la concentration totale en suies des gaz. Il est ainsi possible d'ins taller des échangeurs classiques sur le circuit des gaz, et ceci d'autant plus que l'augmentation de la charge en suies résulte des poussières fines dont l'effet abrasif est le plus faible. Le danger d'encrassement est lui aussi évité par la présence d'une quantité suffisante de poussières relativement grosses dont l'effet d'auto-ramonage a eété constaté dans les installations du type à grille inclinée classiques. Il est possible qu'une fraction de l'agent désulfurant soit séparée dans le dépoussiéreur primaire, et qu'une fraction des suies contenant des cendres et des imbrulés, soit Séparée dans le dépoussiéreur secondaire. Dans ce cas, l'a- gent désulfurant séparé dans le dépoussiéreur primaire est, soit évacué avec les mâchefers, soit purge' à la base dudit dépoussiéreur par une évacuation dosée de débit très faible. Les suies incomplètement brulées, évacuées par la purge du dépoussiéreur secondaire sont les plus fines et donc celles qui contiennent le moins de carbone. De plus, elles ont bénéficié d'un taux de recirculation élevé voisin de celui de l'agent désulfurant qui les accompagne dans son circuit. La perte par imbrulés résultant de cette purge serait donc faible. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant deux formes particulières de l'installation, données à titre d'exemples non limitatifs. La figure 1 représente une installation de chaudière à lit fluidisé du type à grille inclinée mettant en oeuvre le procédé. La figure 2 représente une installation de combustion à foyer du type à projection. Sur la figure 1, le repère 1 désigne le lit fluidisé surmonté par une chambre de combustion 2 qui est munie de parois 4 à écrans tubulaires et de tuyères 3 d'injection d'air secondaire. A la sortie de la chambre 2 les gaz traversent successivement aes échangeurs à convection 5, un dépoussiéreur primaire 6, des échangeurs 7 et un dépous siéreur secondaire 8, avant d'être évacués par une cheminée non représentée, eventuellement par un ventilateur de tirage, également non représenté. Les échangeurs 7 sont éventuellement conçus comme économiseurs ou réchauffeurs d'air par exemple. Le dépous siéreur 6 est d'un type mécanique usuel, tandis que le dépoussiéreur 8 est un dépoussiéreur électrostatique ou à manche, apte à effectuer une séparation plus fine que le précédent. On a représenté sur la figure par un trait continu S le circuit des solides pour le combustible, les suies ou les mâchefers qui en sont issus, et par un trait discontinu D le circuit pour l'agent désulfurant et les produits de la réaction de désulfuration. Le combustible solide (charbon, schiste, coke de pétrole, combustible végétal ou déchet) est introduit dans le lit fluidisé 1 en 9, au dessus dudit lit. Il pourrait également être introduit au sein même du lit. Cette introduction peut se faire par gravite dans une goulotte, ou par une vis, ou pneumatiquement, par exemple. Une partie des cendres issues du combustible est retenue dans le lit fluidisé 1 puis évacuée en 10 sous forme de mâchefers par suite du déplacement de la grille mobile constituant, comme cela est connu, un support de fluidisation traversé par l'air de soufflage primaire. L'autre partie est envolée en il puis est séparée dans une forte proportion dans le dépoussiéreur primaire 6 pour être injectée en 12,soit immédiatement au dessus du lit fluidité 1 comme représenté sur la figure, soit au sein même du lit. Cette injection peut se faire de diverses manières connues, par exemple, pneumatiquement, par gravite ou par vis. L'agent désulfurant frais, C03Ca par exemple, est introduit en 13 au voisinage des tuyères 3 d'air secondaire, soit au dessus de celles-ci, comme représenté sur la figure, soit à travers lesdites tuyères, soit sensiblement au dessous de ces dernières. L'agent désulfurant peut aussi être introduit en même temps que le combustible et avec les mêmes moyens. Compte tenu de sa granulométrie et des vitesses qui règnent dans la chambre 2, de l'ordre de 5 à 6 m/sec, l'agent désulfurant est pratiquement totalement entrainé par les gaz en 14, dans la chambre 2 où commence la réaction de désulfuration. Cette réaction est définie par les formules suivantes 2 C03Ca #CO + CaO s02 + M02 + CaOS04Ca La majeure partie de l'agent désulfurant C03Ca et 4 des produits de la réaction de désulfuration (CaO et SO Ca) est séparée dans le dépoussiéreur secondaire 8. Une partie des poussières séparées par ledit dépoussiéreur est purgée en 15 suivant un débit dosé. Le reste est injecté en 16 pneumatiquement, au voisinage des tuyères 3, de préférence au dessus ou éventuellement à travers celles-ci. L'efficacité de l'installation, au point de vue de la désulfuration et de la combustionwdépend d'un certain nombre de paramètres. On peut en effet jouer sur la granu lométrie de l'agent désulfurant, sur le temps de séjour dudit agent dans la zone de température propice à la réaction de désulfuration (avantageusement de 8000C à 10000C) et sur le taux de recirculation. On peut jouer sur le temps de séjour précité en donnant à la chambre de combustion 2 et aux premiers-échangeurs 5 un volume libre suffisant. Quant au débit de l'agent désulfurant en circulation, il est réglable par action sur le débit-de la purge 15. De plus le cycle de température subi par l'agent désulfurant peut être rendu optimal en choisissant convenablement la position du point 16. Le calcul montre, à titre d'exemple, qu'avec un charbon à 25% de cendres et un rapport massique agent# désulfurant / combustible de 0,10, il est possible d'atteindre un taux de recirculation de-l'agent désulfurant de l'ordre de 10 avec une charge circulante (rapport du débit de poussin ères en circulation au débit de charbon introduit) de l'or- dre de 1. Dans les procédés connus à recirculation (lits circulants ou rapides) le taux de circulation est le même pour le combustible et les suies et l'agent désulfurant, ce qui conduirait dans le cas de l'exemple numérique cidessus, à une charge totale en poussières dix fois plus forte que celle existant dans l'installation suivant l'invention. La figure 2 illustre la mise en oeuvre du procédé dans le cas d'un foyer à projection. On a utilisé sur la figure les mêmes repères que sur la figure 1, avec un décalage de 100, pour représenter les éléments identiques ou équivalents à ceux de la figure précédente. L'adaptation est ici immédiate et l'on se contentera de décrire ci-après les éléments nouveaux ou ceux différemment agencés. La grille 100 est ici une grille horizontale classique animée d'un mouvement lent. Il n'y a pas de fluidisation. L'alimentation en combustible est assurée par un dispositif particulier 117, de type connu, qui permetide projeter le combustible suivant l'étendue longitudinale de la grille 100. La zone de combustion est répartie entre le volume de combustible répandu sur la grille et le volume de la chambre 102, où les poussières de combustible brulent en suspension. L'air primaire est ici l'air comburant nécessaire à la combustion, et il n'y a pas nécessairement de soufflage d'air secondaire. Comme dans la réalisation précédente, les suies peuvent être injectées en 112 au voisinage de la grille 100, partiellement ou éventuellement totalement, mais il est aussi possible de ne pas réinjecter les suies. Dans ce dernier cas, il n'y a pas de recirculation des suies. En revanche la recirculation de l'agent désulfurant et des produits de la réaction de désulfuration s'effectue comme sur la figure 1, en 116, dans une zone propice à la désulfuration à une hauteur choisie au-dessus de la grille 100. Il va de soi que le procédé est, à fortiori, applicable à un foyer à grille mécanique classique sans dispositif de projection du combustible. Bien que l'invention ait été décrite en référence à deux formes particulières de réalisation, il va de soi qu'elle ne leur est en rien limitée et que des modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son domaine. On pourra 3 choisir un autre agent désulfurant que le C03Ca, de la chaux ou de la dolomie par exemple. On pourra remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'inventionne se limite donc pas aux seules dispositions illustrées, mais elle embrasse leurs différentes variantes possibles. REVENDICATIONS 1. Procédé de désulfuration des gaz sortant dlun foyer où la combustion s'effectue avec agglomération des cendres sous forme de mâchefers, caractérisé en ce qu-e l'on introduit dans une zone de combustion ou au dessus de ladite zone, un agent désulfurant dont la granulométrie est plus fine que la gra nulométrie moyenne des poussières envoles issues du combustible, en ce que l'on sépare, de l'agent désulfurant et des produits de la réaction de désulfuration, les cendres et les imbrulés que l'on injecte éventuellement dans le foyer dans une zone propice à l'agglomération, et en ce que l'on sépare ensuite des fumées, l'agent désulfurant et les produits de la réaction de désulfuration dont une partie est évacuée par une purge et dont l'eutre partie est injectée au dessus du foyer, à une hauteur suffisante pour que la température soit favorable à la réaction de désulfuration et évite l'agglomération. 2. Procédé suiv#ant la revendication 1, caractérisé en ce que le taux de recirculation de l'agent désulfurant est plusieurs fois supérieur au taux de recirculation des poussières. 3. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une chambre~(2) munie à sa partie inférieure d'un foyer où la combustion s'effectue avec agglomération des cendres sous forme de mâchefers, une alimentation (9) en combustible dudit foyer et une alimentation (13). en agent désulfurant, caractérisée en ce qu'elle comprend, en outre, un dépoussiéreur primaire (6), connu en soi, apte à separer, de l'agent desulfurant et des produits de la réaction de désulfuration, les cendres et les imbrulés pouvant être injectés dans le foyer dans une zone propice à l'agglomération, un dépoussiéreur secondaire (8), également connu en soi, apte-à -séparer des fumées l'agent désulfurant et les produits de la réaction de désulfuration, une purge (15) pour évacuer une partie dudit agent et desdits produits, et une conduite de recyclage pour en injecter 11 autre partie (en 16) dans ladite chambre, à une hauteur suffisante pour que l'agglomération ne se produise pas et que la température soit favorable à la désulfuration. 4. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le foyer est du type à lit fluidisé (1) à grille mécanique mobile-inclinée vers le haut de l'avant vers ltar- rière suivant le sens d'avancement du combustible, ladite grille formant support de fluidisation, étant traversée par de l'air de soufflage primaire, et en ce qu'une injec- tion d'air secondaire est aménagée au dessus du foyer à travers la paroi de la chambre (2)1 le niveau d'injection de l'agent désulfurant et des produits de la réaction de désulfuration se situant au voisinage du niveau d'injection de l'air secondaire. 5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que l'alimentation (13) en agent désulfurant colncide avec l'alimentation (9) du foyer en combustible. 6. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que le niveau de l'alimentation (13) en agent désulfurant est sensiblement le même que le niveau de llinjec- tion (16) du recyclage dudit agent et des produits de la réaction de désulfuration. 7. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le foyer est du type dit "à projection" suivant lequel le combustible est projeté le long d'une grille horizontale (100). 8. Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le foyer est du type dit "à grille mécanique".