Brevet FR2769077A1 — publié le 19990402

L'invention concerne l'intégration, dans une instal- lation de chauffe, d'un procédé permettant la réduction thermique, en particulier thermique/mécanique, de la teneur en eau de combustibles fossiles contenant de l'eau, en particulier la lignite. L'installation de chauffe représente en règle générale le premier étage d'une cen- trale thermique, destinée à produire de l'énergie électri- que à partir de combustibles fossiles. Un procédé permettant de réduire la teneur en eau de combustibles fossiles est connu d'après le premier fasci- cule publié de la demande de brevet allemand DE 44 34 447 Al, et est décrit dans la demande de brevet PCT/EP95/03814. Dans ce procédé: a) la lignite est exposée à une pression superficielle initiale appliquée par voie mécanique, qui est inférieure à la pression superficielle maximale utilisée dans le procédé, et sous laquelle la lignite reçoit de l'énergie thermique grâce à de la vapeur d'eau qui, par condensation, chauffe la lignite et, b) sans autre apport de vapeur d'eau, on élève ensuite la pression superficielle à au moins 2,0 MPa, jus- qu'à ce que l'eau contenue dans la lignite chauffée soit expulsée, c) la lignite étant, avant amenée de la vapeur d'eau, préchauffée par des chaleurs perdues, la source de chaleur perdue étant l'eau chaude expulsée de la lignite dans le cadre du procédé lors d'une opéra- tion antérieure. Dans ce procédé, jusqu'à environ 75 % de l'eau ini- tialement contenue dans la lignite est retirée de la lignite sous forme liquide. Les avantages considérables, du point de vue technique et énergétique, qui ressortent de ce procédé, sont mentionnés dans la demande de brevet ci-dessus. Ces avantages peuvent être utilisés essentiel- lement lors de la combustion de la lignite dans des cen- trales thermiques dans lesquelles des turbines, entraînées par un courant de vapeur d'eau, permettent de transformer la lignite en courant électrique. Lors de la détente de lignite déshydratée, une partie de l'eau encore contenue dans la lignite s'évapore et se dégage sous forme de vapeur saturée. La lignite dont on a expulsé l'eau, et qui contient encore environ 25 % de l'eau de départ, sort du procédé sous forme de morceaux à une température moyenne supérieure à 100 C. Les produits de ce procédé de déshydratation mécanique/thermique de matériaux carbonés, ci- après appelé procédé MTE, sont la lignite déshydratée, obtenue à une température moyenne supérieure à 100 C, et la vapeur de détente. L'invention vise à intégrer le procédé ci-dessus d'une manière avantageuse dans les opérations de la centrale. Ce but est atteint par un procédé et un appareillage pour intégrer dans une installation de chauffe une instal- lation destinée à la réduction thermique, en particulier thermique/mécanique, de la teneur en eau de combustibles fossiles contenant de l'eau, en particulier la lignite, caractérisés en ce que: a) la vapeur de détente obtenue lors de la déshydra- tation thermique est utilisée pour préchauffer l'air de combustion nécessaire à l'exploitation de l'installation de chauffe, b) la lignite déshydratée, chaude et concassée, est mise en trémie sous atmosphère inerte et y subit une élimination plus poussée des buées (évapora- tion), c) ces buées sont utilisées pour produire et maintenir une atmosphère inerte dans la trémie, d) la lignite déshydratée est broyée et brûlée. Dans des formes de réalisation avantageuses de l'invention: - pour garantir une pression partielle de vapeur d'eau suffisante dans la trémie contenant des produits chauds, on amène éventuellement de la vapeur d'eau surchauffée; - pour compenser les pertes de chaleur et favoriser l'élimination des buées de la lignite chaude con- tenant encore de l'eau résiduel et se trouvant dans la trémie, on chauffe les parois de cette dernière; - le broyage de la lignite chaude a lieu sous atmos- phère inerte; - l'échange de chaleur entre la vapeur de détente et l'air de combustion utilise un échangeur de chaleur par régénération; - pour améliorer le passage de la partie vapeur de l'échangeur de chaleur par régénération, une con- duite de liaison est prévue entre le capot collec- teur du condensat et la gaine d'aspiration du ven- tilateur de soufflage d'air; - une partie du rotor de l'échangeur de chaleur par régénération ne reçoit ni vapeur, ni air frais; - les buées qui se forment dans la trémie chaude sont, par une conduite (24) envoyées dans l'échan- geur de chaleur par régénération (4), de façon que les parties non-condensables arrivent, par la con- duite de liaison située entre le capot collecteur du condensat et la gaine d'aspiration du ventila- teur, dans cette gaine d'aspiration, pour être ensuite évacuée par cette dernière vers les brû- leurs. Selon l'invention, la lignite chaude, dont on a réduit la teneur en eau, sort de l'installation MTE et, après broyage, arrive finalement à l'installation de chauffe. On empêche que le charbon subisse entre-temps une inflammation spontanée en utilisant pour réaliser une atmosphère inerte les buées s'échappant de la lignite chaude, qui contient encore environ 25 % d'eau. La lignite chaude, déshydratée, est dans ce but con- cassée dans un concasseur sous l'atmosphère constituée de buées et, à l'aide d'une bande transporteuse, est envoyée dans une trémie chaude. La trémie sert de réservoir tampon entre l'installation MET, à fonctionnement périodique, et les broyeurs de lignite, qui doivent recevoir la lignite en continu. Pour s'assurer qu'il n'y aura ni air, ni oxy- gène, susceptible de pénétrer dans la trémie, ce qui pour- rait conduire à une inflammation spontanée de la lignite, l'introduction de la lignite MET concassée dans la trémie s'effectue par l'intermédiaire d'un organe d'obturation, par exemple un alimenteur à roue cellulaire ou une vanne à double clapet oscillant. Le concasseur, avec les pro- duits qui en sortent et l'organe d'obturation disposé en aval, est blindé; les buées en excès sont aspirées et sont envoyées dans la conduite d'aspiration du ventila- teur de soufflage d'air de l'installation de chauffe. La lignite MET pénétrant dans la trémie a, comme on l'a déjà dit, une température moyenne supérieure à 100 C et une teneur en eau résiduelle d'environ 25 %. La lignite subit une élimination plus poussée des buées sous la pres- sion régnant dans la trémie, qui est approximativement la pression atmosphérique, et crée de ce fait dans la trémie une atmosphère inerte de vapeur d'eau. Pour compenser les éventuelles pertes de chaleur, et pour favoriser encore plus l'élimination des buées, les parois extérieures de la trémie sont éventuellement chauffées. De façon qu'il ne se crée pas dans la trémie une surpression exagérée, la pression régnant dans la trémie est maintenue au niveau voulu, grâce à une évacuation des buées en excès à l'aide d'une conduite qui relie la trémie à la gaine d'aspiration du ventilateur et dans laquelle est éventuellement incor- porée une soufflante. De façon qu'une atmosphère à haute teneur en oxygène ne puisse en aucun cas se former dans la trémie, il est possible de maintenir à la valeur voulue la pression partielle de vapeur d'eau grâce à un apport de vapeur surchauffée à environ 20 C au-delà de la tempé- rature de saturation. L'évacuation de la lignite MTE se trouvant dans la trémie, et son introduction dans les broyeurs, s'effectue d'une manière connue, à l'aide d'un répartiteur-doseur blindé vis-à-vis de l'atmosphère, par exemple un transporteur en caisson à chaîne, ou analogues, de façon que le broyage de la lignite puisse se faire dans une atmosphère inerte, par exemple dans un broyeur à passage continu. La lignite broyée sortant du broyeur peut être ensuite envoyée directement au brûleur. Selon l'invention, et pour utiliser la vapeur expul- sée de la lignite lors de la détente dans l'opération MTE, on provoque la condensation de la vapeur, et la chaleur de condensation libérée à cette occasion est utilisée pour préchauffer la quantité d'air nécessaire à la combus- tion de la lignite déshydratée. L'échange de chaleur entre la vapeur et l'air de combustion s'effectue alors avanta- geusement à l'aide d'un échangeur de chaleur par régénéra- tion. Les échangeurs de chaleur de ce type sont utilisés dans les centrales pour permettre un échange de chaleur entre les fumées et l'air de combustion, de sorte que leur structure de base est connue. La masse d'accumulation d'un tel échangeur de chaleur est constituée de couches alter- nées de tôles ondulées et striées ayant une épaisseur d'environ 0,6 mm, qui sont utilisées d'une manière inter- changeable dans un rotor. Le rotor tourne à une vitesse angulaire constante autour de son axe, de sorte que les différents segments du rotor arrivent alternativement dans une gaine traversée par le courant de vapeur à con- denser ou le courant d'air de combustion. La vapeur se condense alors sur la surface de la masse de tôle, et la chaleur de condensation qui se dégage est accumulée dans la masse de tôle. Dans les conditions prédéfinies par la déshydratation de la lignite, la condensation a lieu dans les conditions atmosphériques, la masse d'accumulation s'échauffant alors approximativement à la température de condensation (100 C). Dans le courant d'air frais, les différents segments cèdent à l'air frais la chaleur emma- gasinée, cet air étant chauffé de la température ambiante à environ 70 C. L'invention sera mieux comprise en regard de la des- cription ci-après et du dessin annexé, qui présente une exemple de réalisation de l'invention, dessin dans lequel la Figure 1 présente une installation 1 de déshydratation mécanique/thermique, la gaine d'air frais 2, le ventila- teur de refroidissement d'air 3 et l'échangeur de chaleur par régénération 4, le broyeur 5, la trémie 6 et le répar- titeur 7 allant vers les broyeurs à lignite 8 et la cham- bre de combustion 9 de la chaudière, comportant les brû- leurs 10. Le courant de lignite allant vers l'installation de déshydratation, et le courant de lignite sortant de l'installation de déshydratation, sont marqués par les flèches respectivement a et b, et le courant de vapeur sortant de l'installation de déshydratation mécanique/ thermique de la lignite est marqué d'un c. Le courant de vapeur sortant de l'installation de déshydratation c est, par l'intermédiaire d'un capot 11, envoyé à l'échangeur de chaleur par régénération 4. La vapeur se condense sur la surface de la masse d'accumula- tion 12, configurée comme un rotor. Le condensat s'accu- mule, du fait de la gravité, dans un capot collecteur 13, et de là est évacué, par des canalisations, sous forme d'un courant de condensat d. L'air frais e pénétrant par en-dessous dans l'échan- geur de chaleur par régénération 4, est aspiré de l'ex- térieur par le ventilateur 3, en passant par la masse d'accumulation 12. Du fait de la perte de charge de l'écoulement d'air à travers la masse d'accumulation, il se crée une dépression sur le côté sortie de l'échangeur de chaleur par régénération. A l'aide de la conduite de liaison 14, cette dépression apparaît aussi sur le côté sortie de la partie traversée par la vapeur. Pour que le condensat puisse s'écouler dans les gai- nes du rotor jusqu'au capot collecteur 13, il est prévu, selon la Figure 2, un segment partiel 15, par lequel ne passe pas le condensat, entre les segments traversés par la vapeur 22 ou l'air frais 23. La lignite déshydratée sortant de l'installation MTE 1 est, à l'aide d'un transporteur 16, envoyée au concas- seur 5 pour y être concassée. La lignite concassée sortant du concasseur est rejetée dans un entonnoir 17 et, de là, est envoyée dans la trémie 16 en passant par un organe d'obturation 18, par exemple une vanne à double clapet oscillant ou un alimenteur à roues à alvéoles. La trémie communique avec l'échangeur de chaleur 4 à l'aide d'une conduite de désaération 24, de sorte que la chaleur de condensation des buées qui s'échappent de la trémie est utilisée pour préchauffer l'air de combustion, et les parties non-condensables arrivent enfin, par la conduite de liaison 14 et le ventilateur 3, dans la chambre de combustion 9. Eventuellement, on prévoit une soufflante 19 pour refouler les buées. Pour éviter les pertes de chaleur, la trémie doit être isolée, et, pour éviter la formation de condensats sur les parois de la trémie et pour favoriser l'élimination des buées de la lignite chaude, il conviendra éventuellement de prévoir un chauf- fage de la trémie 20. Ce chauffage des parois de la trémie pourrait être réalisé par exemple avec l'eau chaude qui se forme dans l'installation de déshydratation, dont la température est d'environ 150 C, ou à l'aide de vapeur basse pression sortant de la centrale thermique. Pour garantir une atmosphère inerte dans la trémie, on prévoit d'amener (21) de la vapeur d'eau légèrement surchauffée. Le transport de la lignite de la trémie aux broyeurs s'effectue à l'aide du répartiteur 7. Après le broyage, la lignite est immédiatement envoyée aux brûleurs 10 et brûlée dans la chambre de combustion 9. Revendications 1. Procédé pour intégrer dans une installation de chauffe une installation destinée à la réduction thermique, en particulier thermique/mécanique, de la teneur en eau de combustibles fossiles contenant de l'eau, en particulier la lignite, caractérisé en ce que: a) la vapeur de détente obtenue lors de la déshydrata- tion thermique est utilisée pour préchauffer l'air de combustion nécessaire à l'exploitation de l'ins- tallation de chauffe, b) la lignite déshydratée, chaude et concassée, est mise en trémie sous atmosphère inerte et y subit une élimination plus poussée des buées (évapora- tion), c) ces buées sont utilisées pour produire et maintenir une atmosphère inerte dans la trémie, d) la lignite déshydratée est broyée et brûlée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour garantir une pression partielle suffisante de vapeur d'eau dans la trémie contenant des produits chauds, on y amène éventuellement de la vapeur d'eau surchauffée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour compenser les pertes de chaleur et favoriser l'élimination des buées dans la lignite chaude contenant encore de l'eau résiduelle et se trouvant dans la trémie (6), on chauffe les parois de la trémie (20). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le broyage de la lignite chaude s'effectue sous atmosphère inerte. 5. Appareillage pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'échange de chaleur entre la vapeur de détente et l'air de combustion est réalisé à l'aide d'un échangeur de chaleur par régénération (4). 6. Appareillage pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour améliorer le passage de la partie vapeur de l'échangeur de chaleur par régénération (4), on prévoit une conduite de liaison (14) entre le capot collecteur du condensat (13) et la gaine d'aspiration du ventilateur de soufflage d'air (3). 7. Appareillage pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une partie du rotor de l'échangeur de chaleur par régénération (4) ne reçoit ni vapeur, ni air frais. 8. Appareillage pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les buées qui se forment dans la trémie chaude sont, par une conduite (24), envoyées à l'échangeur de chaleur par régénération (4), de façon que les parties non-conden- sables arrivent par la conduite (14) dans la gaine d'aspi- ration du ventilateur de soufflage d'air (3) et, par cette dernière, soient envoyées aux brûleurs (10).