Brevet FR2577983A1 — publié le 19860829

Centrale électrique mixte à charbon La présente invention concerne une centrale électrique mixte à charbon et plus particulièrement unecentrale électrique mixte à charbon ayant un rendement amélioré. Comme centrales électriques utilisant le charbon, on connait actuellement (a) une centrale électrique dans laquelle une chaudière consommant du charbon finement divisé, un chargeur pour le charbon, un lit fluidisé par la combustion ou un appareil similaire et une turbine à vapeur sont combinés ; (b) une centrale électrique composite à gazéification du charbon dans laquelle un four de gazéification du charbon, une turbine à gaz et une turbine à vapeur sont combinés. Depuis quelques années, on s'est beaucoup intéressé aux centrales électriques composites à gazéification du charbon car elles ont un rendement élevé.En d'autres termes, la centrale électrique composite à gazéification du charbon fonctionne comme suit f le charbon finement divisé traité par un pulvérisateur est converti en gaz dans un four de gazéification du charbon ; le gaz de combustion résultant provenant du four est envoyé à haute température dans une turbine à gaz pour produire de l'énergie électrique ; l'énergie de la chaleur perdue résultante est utilisée dans une chaudière chauffée par la chaleur perdue pour produire de la vapeur d'eau qu'on utilise pour entraîner une turbine à vapeur servant à produire de l'énergie électrique. Dans la centrale électrique composite à gazéification du charbon ci-dessus, on peut obtenir un meilleur rendement si la température du gaz à introduire dans la turbine à gaz est augmentée. Toutefois, le gaz combustible engendré dans le four de gazéification du charbon contient, outre les composants principaux tels que C0, H2 et des hydrocarbures, une quantité importante de poussière de sorte qu'il ne peut pas être utilisé comme combustible pour la turbine à gaz sans subir de traitements supplémentaires.Pour cette raison, on effectue un dépoussiérage à l'aide d'un dispositif de dépoussiérage tel qu'un cyclone. Dans ce cas, le gaz de charbon est toutefois à une température et une pression élevées, de sorte que le dispositif de dépoussiérage risque d'être endommagé thermiquement par les poussières. Il est en outre difficile de collecter ces dernières. En conséquence, il est de pratique courante de diminuer la température et la pression du gaz produit une fois qu'il est dans une chaudière ou un four similaire ; d'enlever ensuite les poussières; de diriger le gaz vers la turbine à gaz dans laquelle ont lieu la combustion et la production de l'élec- tricité ; et d'envoyer le gaz de combustion résultant à la chaudière chauffée par le gaz perdu. De cette façon, étant donné qu'un gaz combustible à haute température est refroidi par contact avec la vapeur à basse température, on n'utilise pas efficacement l'énergie à haute température du gaz valorisable. En outre, bien qu'un tel appareil classique soit réalisé d'une façon très compliquée, son rendement n'est pas suffisamment amélioré. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir une centrale électrique composite ayant un meilleur rendement que celui d'une installation électrique composite classique à gazéification du charbon, la centrale selon la présente invention étant caractérisée par une combinaison plus appropriée d'une turbine à gaz et d'une centrale mixte à charbon. En d'autres termes, la présente invention concerne une centrale mixte à charbon ayant une efficacité de traitement élevée et dans laquelle la majeure partie, par exemple 90 à 95 %, des cendres de charbon sont enlevées à l'état fondu à partir d'un gaz de combustion à haute température dans des fours de fusion des cendres à haute température et à haute pression en vue d'effectuer un dépoussiérage primaire; des poussières dans le gaz de combustion sont encore enlevées par un cyclone monté dans un four sous pression de combustion de charbon en vue d'effectuer un dépoussiérage secondaire; des poussières dans le gaz de combustion à température et à pression élevées sont encore enlevées à une sortie du four de combustion du charbon en vue d'effectuer un dépoussiérage tertiaire ; le gaz de combustion ainsi traité est dirigé directement dans une turbine à gaz ; d'autre part, on règle la température du gaz de combustion à la sortie du four de combustion du charbon à un niveau prédéterminé en mélangeant le gaz de combustion avec de l'air secondaire ; et on soumet le g z de combustion à un échange de chaleur avec l'air secondaire dans un refroidisseur de poussières disposé sous le four de combustion du charbon. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée ci-après en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma général d'un mode de réalisation de l'invention; et - la figure 2 est une coupe selon la ligne A-A de la figure 1. La constitution et le fonctionnenrent de la centrale selon la présente invention sont comme suit De l'air atmosphérique est comprimé, par un compresseur 15 relié coaxialement avec une turbine de gaz 6, à une pression élevée de 10 à 30 ata (pression absolue) soit environ 10 à 3,106Pa, la température de l'air comprimé atteignant 250 à 5000C par un effet de compression adiabatique. L'air à cette température et à cette pression est divisé en deux courants qui sont envoyés respectivement à un broyeur à haute pression 18 et à un ajutage d'éjection d'air secondaire 3 par des conduites de liaison 22. Le rapport de division de l'air comprimé est déterminé en fonction du débit nécessaire pour le séchage et la pulvérisation du charbon, et l'opération de division est exécutée par des clapets de division 16 montés dans les conduites de liaison 22. Dans le broyeur à haute pression 18, le charbon introduit à partir d'une soute à charbon 17 est pulvérisé en vue d'obtenir le charbon finement divisé et ce dernier est séché par l'air débité à haute température et à haute pression et, sous l'action de cet air, la fine poudre de charbon est introduite dans des fours 2 de combustion du charbon et de fusion des cendres, par des conduites à charbon 19, comme on le voit en tirets sur le figure 1. Le charbon finement divisé est brûlé à haute température et à haute pression dans les fours 2 de combution du charbon et de fusion de cendres et produit un gaz de combustion. Les fours 2 de combustion du charbon et de fusion des cendres sont reliés à un four sous pression 1 de combustion du charbon suivant une direction tangentielle par rapport à la paroi de ce four 1, comme le montre la figure 2. Le gaz de combustion est évacué des fours 2 de combustion du charbon pour se diriger dans une section de cyclone 20 disposée dans le four sous pression 1 de combustion de charbon, à une vitesse élevée suivant une direction tangentielle à la paroi du cyclone 20, comme le montre la figure 2. Dans ce cas, la majeure partie, c'est-à-dire 90 à 95 % des cendres de charbon parvient à l'état fondu dans les fours 2 de combustion du charbon et de fusion des cendres et les cendres fondues s'écoulent le long de la paroi interne du four sous pression 1 de combustion du charbon vers une trémie inférieure 23, ce qui réalise un dépoussiérage primaire. Des poussières de charbon non fondues sont enlevées du gaz de combustion par le cyclone 20 et tombent également dans la trémie inférieure 23, ce qui réalise un dépoussiérage secondaire.Ces poussières ou cendres ayant une température élevée atteignent un refroidisseur à poussières 4 installé dans le fond de la trémie inférieure 23 et, dans ce refroidisseur 4, elles sont refroidies par échange de chaleur avec'air secondaire qui est dirigé vers l'ajutage 3 d'éjection d'air secondaire après la traversée du refroidisseur 4 de sorte que les poussières sont réglées de manière à avoir une dureté convenable et sont ensuite déchargées. D'autre part, le gaz de combustion à haute température et à haute pression, duquel les cendres ont été éliminées par les fours 2 de combustion du charbon et de fusion des cendres et par le cyclone 20, progresse vers la partie supérieure du four sous pression 1 de combustion du charbon et est mélangé avec l'air à haute pression admis à travers l'ajutage 3 d'éjection d'air secondaire, de sorte que la température du gaz de combustion baisse. On règle la température du gaz, après le stade de mélange, à une valeur convenable entre 1000 et 12000C en conformité avec les tolérances concernant sa température à l'entrée de la turbine à gaz 6. Par la suite, un nouvel enlèvement des poussières présente dans le gazde combustion est assuré par un dispositif de dépoussiérage de précision 5 disposé à une sortie du four de combustion 1, jusqu'àl'obtention d'une plage de concentration en poussière que la turbine à gaz 6 peut tolérer, 3 c'est-à-dire quelques mg/Nm3 ou moins, par exemple une plage allant de 10 0 5 mg/Nm3, ce qui réalise un dépoussiérage tertiaire. Le gaz de combustion à haute température et à haute pression, duquel les poussières ont été à peut près parfaitement enlevées, est envoyé dans la turbine à gaz 6 et entralne un générateur d'électricité 7. Après cela, le gaz de combustion est transféré dans un conduit 24 de gaz perdu. Au stade suivant, le gaz perdu provenant de la turbine à gaz 6 est envoyé par le conduit 24 à une chaudière 8 chauffée par la chaleur perdue dans laquelle est produite la vapeur d'eau pour entraîner une turbine à vapeur 9. En entraînant la turbine à vapeur 9, on fait tourner un générateur à turbine à vapeur 10 pour produire de l'énergie électrique. La vapeur qui a entraîné le générateur à turbine à vapeur 10 est évacuée de la turbine à vapeur 9, condensée dans un condenseur 11, et transférée par une pompe de condensation 12 à un dispositif de désaération 13 dans lequel elle est désaérée, et est renvoyée à la chaudière 8 chauffée par la chaleur perdue. D'autre part, si nécessaire, un dispositif 21 pour désulfurer et dénitrer le gaz perdu peut être installé sur le conduit de gaz perdu 24 et le gaz ainsi désulfuré et dénitré par le dispositif 21 est évacué par une cheminée 14. A ce propos, il est inutile de dire que la centrale mixte à charbon du type précité doit avoir une structure capable de résist à des pressions élevées étant donné que l'air et le gaz de combustion à traiter sont à une haute pression. Par exemple, le four sous pression 1 de combustion du charbon peut être constitué par un recipient résistant à des pressions élevées revêtu d'un matériau réfractaire, de briques ou similaires, et qui est capable de supporter des pressions élevées de 10 à 30 ata (environ 10 à 3.106Pa). Une insufflation appropriée d'air dans l'ajutage 3 d'éjection d'air secondaire et dans les fours 2 de combustion du charbon et de fusion des cendres permet la dénitration du gaz de combustion dans une certaine mesure même dans les fours 1 et 2. Avec la centrale mixte à charbon selon l'invention, on peut obtenir les avantages suivants 1) Etant donné que la température et la pression élevées du gaz de combustion du charbon sont soutirées directement sous forme d'énergie pour la turbine, la centrale mixte à charbon selon l'invention peut avoir une plus grande efficacité qu'une centrale thermique classique comprenant en combinaison une chaudière à charbon et un générateur à turbine à vapeur, un four à gazéification de charbon et similaire. 2) La centrale mixte à charbon selon l'invention peut être davantage simplifiée dans son ensemble qu'une centrale à gazéification de charbon. REVENDICATIONS 1. Centrale électrique mixte à charbon dans laquelle un charbon finement divisé est entraîné dans un four de combustion (1) par de l'air à haute température et à haute pression et y est brûlé ; le gaz de combustion résultant est envoyé dans une turbine à gaz (6) pour produire de l'énergie électrique; de la vapeur est produite par l'utilisation du gaz d'échappement résultant ; et de l'énergie électrique est engendrée par une turbine à vapeur (9) entraînée par la vapeur produite, caractérisée en ce que l'air à haute température et à haute pression et le charbon finement pulvérisé sont introduits dans des fours (2) de combustion du charbon et de fusion des cendres, dans lesquels le charbon finement divisé est brûlé à une température élevée et produit un gaz de combustion ; la majeure partie des cendres résultantes sont enlevées, à l'état fondu, du gaz de combustion de manière à réaliser un dépoussiérage primaire ; les poussières dans le gaz de combustion sont enlevées de celui-ci par in cyclone (20) disposé dans le four sous pression (1) de combustion de charbon de manière à réaliser un dépoussiérage secondaire ; les poussières enlevées sont soumises à un échange de chaleur avec l'air secondaire dans un refroidisseur à poussières (4) disposé à la partie inférieure du four sous pression (1) de combustion de charbon ; la température du gaz de combustion à une sortie du four sous pression (1) de combustion du charbon est réglée à un niveau prédéterminé en mélangeant le gaz de combusion avec l'air secondaire ; les poussières dans le gaz de combustion évacué par la sortie du four sous pression (1) de combustion du charbon sont enlevées de celui-ci par un dépoussiéreur de précision (5) de manière à réaliser un dépoussiérage tertiaire ; et le gaz de combustion est alors envoyé dans la turbine à gaz (6). 2. Centrale électrique mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au stade de dépoussiérage primaire, 90 à 95 % dcs cendres de charbon sont enlevés à l'état fondu du gaz de combustion. 3. Centrale électrique mixte selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fours (2) de combustion du charbon et de fusion des cendres sont reliés au four sous pression (1) de combustion du charbon suivant une direction tangentielle à la paroi de ce dernier four (1).