Brevet FR2848641A1 — publié le 20040618

La présente invention concerne les systèmes de chauffe indirecte destinés à brler des combustibles solides. Ces systèmes se caractérisent par l'interposition entre la station de broyage du combustible solide et le foyer d'un silo intermédiaire réservé au 5 combustible pulvérisé. On utilise ce type de système pour les combustibles difficiles à brler, comme les anthracites ou les combustibles comprenant peu de matières volatiles (low volatile bituminous coal au sens de l'ASTM), car il permet de bien séparer et d'optimiser le broyage du combustible solide d'une part, et la 10 combustion dudit combustible pulvérisé d'autre part. Il existe plusieurs types de système de chauffe indirecte: ceux avec réinjection de l'exhaure (produits issus de la séparation du combustible pulvérisé et des gaz ayant servi au séchage et au transport dudit combustible) dans le foyer et ceux avec rejet de l'exhaure à 15 l'atmosphère. Ces systèmes fonctionnent de la façon suivante: le combustible solide, comme par exemple du charbon, est stocké dans un silo puis convoyé vers un broyeur o il est broyé et séché grâce à l'apport d'air ou de gaz très chaud. Le combustible pulvérisé est ensuite transporté 20 pneumatiquement vers un séparateur qui capte les grosses particules et les renvoie à l'entrée du broyeur puis un ou plusieurs cyclones qui capte le combustible pulvérisé et le déverse dans un silo intermédiaire de stockage, des gaines et éventuellement un ventilateur de recirculation de gaz complètent cette installation. Le système de broyage reçoit de l'air et des gaz chauds destinés au séchage du combustible brut. Tous ces gaz chauds ainsi que ceux produits par l'évaporation de l'humidité du combustible sont excédentaires, il faut donc les extraire par une "gaine spécifique dite gaine d'exhaure". Tous ces circuits fonctionnent à basse température 30 (environ 1000C). Le cyclone ne capte pas 100% des fines particules du combustible solide qui se retrouvent dans les gaz excédentaires. Les concentrations usuelles en combustible solide dans les gaz sont de l'ordre de 50 à 200g/m3, il est donc nécessaire de traiter ces particules. Ces particules ultra fines peuvent, soit être renvoyées dans le foyer via un ventilateur (rejet d'exhaure au foyer), soit captées dans un dépoussiéreur tel qu'un dépoussiéreur électrostatique ou un filtre à manches, et déversées dans le silo intermédiaire o elles se mélangent avec les autres particules issues du cyclone (rejet d'exhaure à 10 l'atmosphère). Ces techniques sont satisfaisantes pour la plupart des combustibles, mais elles sont beaucoup moins performantes pour les combustibles les moins riches en matières volatiles. En particulier, à basse charge il est nécessaire d'introduire des combustibles nobles tels 15 que du fioul ou du gaz naturel pour soutenir la combustion. En effet, lorsque l'exhaure est réinjecté dans le foyer, les gaz transportant les particules ultra fines sont essentiellement constituées de gaz inertes comme de la vapeur d'eau provenant de l'évaporation de l'humidité du combustible, du C02 en forte concentration, et ces gaz ont 20 une basse teneur en 02 car ils proviennent des gaz chauds de combustion prélevés dans le foyer pour le séchage du combustible brut. De plus, la concentration en particules combustibles dans les gaz est très éloignée de l'optimum requis pour une bonne combustion. La combustion des particules est d'autant plus difficile à réaliser 25 qu'il faut trouver un compromis entre l'injection des particules suffisamment proche de la flamme principale pour que l'inflammation des particules ultra fines bénéficie des hautes températures régnant dans cette zone et l'injection suffisamment loin de la flamme pour que celleci ne soit pas perturbée par la masse de gaz inertes relativement 30 froids injectés avec les particules ultra fines. Le choix de la zone d'injection est donc particulièrement difficile à trouver et nécessite une grande expérience. Lorsque l'exhaure est renvoyée dans l'atmosphère, cas des combustibles difficiles car moins riches en matières volatiles, les particules ultra fines venant du dépoussiéreur sont mélangées avec le combustible plus grossier dans le silo intermédiaire, ces particules qui se sont bonifiées ne peuvent donc pas être exploitées. L'objet de l'invention est de proposer un système de chauffe permettant la récupération et l'utilisation spécifique des particules ultra fines bénéficiées (c'est à dire de meilleure qualité vis à vis de la combustion) issues du passage dans le cyclone du combustible 10 pulvérisé, et qui permet un abaissement du minimum technique du système sans soutien de combustible noble et un abaissement des émissions de NOx. Le système de chauffe indirecte selon l'invention est un système dans lequel circule un combustible solide sous forme de particules, 15 comportant une station de broyage, un foyer, au moins un silo intermédiaire, un séparateur, au moins un cyclone, il est caractérisé en ce qu'un dépoussiéreur capte les particules les plus fines qui sont ensuite introduites dans le foyer par au moins une canalisation spécifique et brlées par au moins un brleur spécifique. Les brleurs 20 spécifiques sont placés de préférence dans la zone des brleurs principaux. Les particules ultra fines sont stockées dans un silo spécifique et dosées par un alimentateur puis mélangées dans des proportions bien définies avec de l'air ou des gaz chauds puis transportées jusqu'aux brleurs spécifiques par les canalisations 25 spécifiques. L'injecteur du brleur spécifique proprement dit sera de préférence de section soit rectangulaire, soit circulaire. Ainsi pour le transport des particules jusqu'au brleur le ratio combustible sur air pourra être compris entre 5kg de combustible par kilo d'air à lkg/2kg d'air alors qu'au niveau de l'injection dans les 30 brleurs le ratio sera de l'ordre de 1,5kg/ikg d'air à lkg/2kg d'air par une injection complémentaire d'air chaud. L'air chaud utilisé est appelé air primaire et sa température est de l'ordre de 2500C à 5000C, pour les combustibles particulièrement difficiles à brler comme les métaanthracites cette température sera supérieure de 400'C. A l'arrivée aux brleurs principaux, le mélange d'air ou de gaz chauds et de combustible pulvérisé sera à une température de l'ordre de 200 à 380'C 5 selon la proportion du mélange combustible/air. Ce niveau de température élevé et très favorable à l'inflammation du combustible et à la stabilisation de la flamme du brleur. Selon une caractéristique particulière, les brleurs spécifiques sont disposés au voisinage des brleurs principaux. L'utilisation de ces 10 particules ultra fines bénéficiées produit une flamme de haute qualité qui permet de stabiliser la combustion des brleurs principaux, ce qui permet un abaissement de la charge minimum possible sans le soutien de combustible noble. Grâce à cet abaissement, on réalise une économie sur le cot des combustibles car le combustible solide est 15 moins cher que le combustible noble tel que le fioul ou le gaz naturel. Cette économie est d'autant plus importante que l'installation est appelée à fonctionner plus souvent à basse charge. Selon une autre caractéristique, chaque série de brleurs principaux comprend au moins deux brleurs spécifiques. Le nombre de 20 brleurs spécifiques sera choisi au cas par cas, mais au minimum deux brleurs spécifiques par série de brleurs principaux afin de garantir une bonne répartition des différents combustibles. Dans le cas du foyer à double vote ou à chauffe frontale on utilisera au moins deux brleurs spécifiques alors que dans le cas du foyer à) chauffe tangentielle un 25 seul brleur spécifique sera suffisant. Le système de chauffe indirecte selon l'invention est un système dans lequel circule un combustible solide sous forme de particules, comportant une station de broyage, un foyer, au moins un silo intermédiaire, un séparateur, au moins un cyclone et éventuellement un 30 ventilateur de recirculation des gaz, il est caractérisé en ce qu'un dépoussiéreur capte les particules les plus fines qui sont ensuite introduites dans le foyer par des canalisations spécifiques et des injecteurs en aval des brleurs principaux. Le dosage des particules ultra fines et de l'air chaud est similaire au précédent mais les particules sont amenées à de nouveaux injecteurs situés hors de la zone de combustion principale et placés de façon que les flammes 5 issues viennent se mélanger avec les queues de flamme des brleurs principaux. Selon une caractéristique particulière, l'injection des particules les plus fines est faite à des conditions sous stoechiométriques. L'injection dans ces conditions en aval des brleurs des particules ultra 10 fines favorise l'abaissement des émissions d'oxydes d'azote (NOx). Contrairement au système classique de réinjection d'exhaure au foyer pour lequel la nature et le débit des gaz de transport résultent des conditions de fonctionnement du circuit de broyage, la nature te le débit des gaz de transport pour le système objet de l'invention sont choisis 15 pour une combustion sous stoechiométrique des particules ultra fines. Selon une autre caractéristique, les particules captées ont un diamètre inférieur à 75 microns. Leur taille est nettement inférieure au combustible pulvérisée circulant dans le système de chauffe. Selon une autre caractéristique, les particules captées ont une 20 masse volumique vraie de 0,1 à 0,4kg/d m3 inférieure à celles des particules captées par le cyclone. Cette différence s'explique par le fait que le cyclone captera de préférence les particules riches en éléments les plus lourds, c'est à dire en matières minérales et en particulier en pyrites. En d'autres termes, ce combustible ultra fin a subi une 25 amélioration de sa qualité, soit une "bénéficiation". Les particules récupérées dans le dépoussiéreur sont non seulement beaucoup plus fines que la masse principale de combustible récupérée dans le silo mais elles présentent de plus une analyse chimique différente avec une teneur en cendre moins élevée et donc une teneur en matières 30 combustibles (carbone fixe et matières volatiles) plus élevée que dans le combustible principal récupéré dans le silo. Selon une caractéristique particulière, une partie des particules captées est introduite dans les injecteurs situés en aval des brleurs. La combinaison des brleurs spécifiques et des injecteurs placés en aval permet d'utiliser les particules ultra fines soit dans les brleurs 5 spéciaux, soit dans les injecteurs avals, soit simultanément dans les deux types d'injecteurs. Par exemple pour les basses charges du système de chauffe on utilisera les brleurs spécifiques et pour une charge plus élevée du système on mettra en complément en service les injecteurs avals. On pourra ainsi abaisser le charge minimum possible 10 sans soutien de combustible noble et donc réaliser une économie car le cot du combustible solide est plus bas que celui des combustibles nobles tel que le fioul ou le gaz naturel. L'économie est d'autant plus importante que l'installation est appelée à fonctionner plus fréquemment à basse charge. Selon une première variante, le foyer est à double vote. Dans ce système de chauffe les brleurs principaux et les brleurs spécifiques sont situés dans les votes. Ce type de foyer est utilisé pour brler de l'anthracite ou du charbon maigre. Selon une deuxième variante, le foyer est à chauffe frontale. Les 20 brleurs principaux et les brleurs spécifiques sont placés sur au moins une des parois du foyer. Selon une troisième variante, le foyer est à chauffe tangentielle. Dans ce cas, les brleurs principaux et les brleurs spécifiques sont situés dans les angles du foyer. Les brleurs spécifiques pourront et 25 placés dans les angles entre les brleurs principaux ou sur les faces du foyer à proximité des brleurs principaux. Les injecteurs avals sont placés au-dessus des brleurs principaux soit dans les angles soit dans les faces du foyer. Selon une autre caractéristique, le combustible solide est du 30 charbon maigre. En effet, celui-ci est difficile à brler sans avoir recours à la combustion d'un combustible extérieur car il est pauvre en matières volatiles, et il dégage beaucoup de NOx. Le système permet de valoriser les particules ultra fines et donc d'améliorer la combustion des charbons maigres. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue de l'état de la technique d'un système de chauffe indirecte avec réinjection de l'exhaure dans le foyer, - la figure 2 est une vue d'un autre état de la technique d'un système de chauffe indirecte avec rejet de l'exhaure à l'atmosphère, - le figure 3 est une vue d'un système de chauffe selon l'invention avec un foyer double vote, - la figure 4 est une vue d'un système de chauffe selon l'invention avec un foyer à chauffe frontale ou tangentielle, - la figure 5 est une vue détaillée des brleurs. 1 5 On utilisera les mêmes références pour les parties de même fonction dans les différentes variantes. Les systèmes de chauffe indirecte 1 existants (figure 1 et 2) comprennent un silo 2 o est stocké le combustible brut, un broyeur 3 o arrive le combustible brut par une canalisation 20 et o il est broyé 20 et séché grâce à l'apport d'air ou de gaz très chauds par le conduit 21. Le combustible pulvérisé ainsi constitué est transporté par le conduit 30 pneumatiquement vers un séparateur 4 qui capte uniquement les grosses particules et les renvoie vers l'entrée du broyeur 3 via le conduit 40. Les autres particules sont envoyées par la canalisation 41 25 vers un ou plusieurs cyclones 5 qui ont pour fonction de capter le combustible pulvérisé qui se déverse ensuite dans un silo intermédiaire 6 de stockage pour ensuite être envoyé par le canal 51 vers les brleurs principaux 70 pour être brlés dans le foyer 7. Les gaz sortant du cyclone 5 sont renvoyés dans le circuit par la gaine 50 grâce au 30 ventilateur 42. Le système de broyage reçoit de l'air ou des gaz chauds par la gaine 21et fabrique lui-même des gaz excédentaires telle que la vapeur d'eau issue de l'évaporation de l'humidité du combustible, il faut donc pour que le système fonctionne correctement extraire les gaz par une gaine 8 dite gaine d'exhaure. Le cyclone 5 ne peut avoir un rendement de captation de 100% des fines particules, celles-ci se retrouvent avec les gaz excédentaires qui sont renvoyés dans le circuit à l'aide du ventilateur de recirculation 42 dans la gaine 50. Les concentrations usuelles en combustible solide 10 sont de l'ordre de 50 à 200g/m3. Dans le cas de la figure 1, les particules sont réinjectées dans le foyer 7 via un ventilateur 9 par la gaine 8. Dans le cas de la figure 2, les particules fines contenues dans le gaz de la gaine 8 sont captées par un dépoussiéreur 10, de type 15 dépoussiéreur électrostatique ou filtre à manches, puis les ultra fines particules sont ensuite envoyées dans le silo 6 o elles se mélangent avec les autres particules déjà récupérées par le cyclone 5, tandis que les gaz sont rejetés dans l'atmosphère via le conduit 100. Dans le système de chauffe indirecte représenté aux figures 3 ou 20 4, un deuxième silo 60 est prévu pour recevoir les ultra fines particules qui sont ensuite dirigées par la gaine 52 ou 53 vers le foyer 7 o elles sont brlées. Les particules ultra fines sont brlées soit dans des brleurs spécifiques 71 soit dans des injecteurs spécifiques 72. Le système selon l'invention fonctionne de la façon suivante: les particules de combustible broyé qui échappent à la captation du cyclone 5 sont orientées vers le dépoussiéreur 10 par la gaine 8, les gaz sont ensuite envoyés vers l'atmosphère via la gaine 100 tandis que les particules ultra fines sont stockées dans le silo supplémentaire 60. 30 De ce silo 60, une partie des particules est envoyée dans les brleurs 71 par la gaine 52 tandis que l'autre partie est envoyée vers les injecteurs 72 par la gaine 53. Les brleurs spécifiques 71 sont disposés au voisinage des brleurs principaux 70, comme on le voit à la figure 5 les brleurs 5 principaux 70 sont alignés par série et les brleurs spécifiques 71 sont disposés, soit de part et d'autre de chaque série, soit entre les brleurs 70. Dans le cas d'une chauffe tangentielle comme sur la figure 4, les brleurs 71 peuvent être disposés soit dans les angles du foyer 7 soit 10 sur des faces du foyer 7 à proximité des brleurs principaux 70. Des alimentateurs 61 et 62 servent à doser la quantité de particules ultra fines afin de permettre leur transport dans les gaines 52 et 53. Le transport de particules est fait grâce à l'air chaud ou aux gaz 15 chauds arrivant par les conduits 52a et 53a. Une injection complémentaire au niveau des brleurs spécifiques 71 est possible par l'injection complémentaire d'air ou de gaz chauds (non représentée). Il est ainsi possible de régler la concentration du combustible. REVENDICATIONS 1. Système de chauffe indirecte (1) dans lequel circule un combustible solide sous forme de particules, comportant une station de broyage (3), un foyer (7), au moins un silo intermédiaire (6), un séparateur 5 (4), et au moins un cyclone (5), caractérisé en ce qu'un dépoussiéreur (10) capte les particules les plus fines qui sont ensuite introduites dans le foyer (7) par au moins une canalisation spécifique (52) et brlées par au moins un brleur spécifique (71). 2. Système de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 les brleurs spécifiques (71) sont disposés au voisinage des brleurs principaux (70). 3. Système de chauffe selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque série de brleurs principaux (70) comprend au moins deux brleurs spécifiques (71). 4. Système de chauffe indirecte (1) dans lequel circule un combustible solide sous forme de particules, comportant une station de broyage (3), un foyer (7), au moins un silo intermédiaire (6), un séparateur (4) et au moins un cyclone (5), caractérisé en ce qu'un dépoussiéreur (10) capte les particules les plus fines qui sont 20 ensuite introduites dans le foyer (7) par des canalisations spécifiques (53) et des injecteurs (72) en aval des brleurs principaux (70). 5. Système de chauffe selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injection des particules les plus fines est faite à des conditions 25 sous stoechiométriques. 6. Système de chauffe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules captées ont un diamètre inférieur à 75 microns. 7. Système de chauffe selon l'une quelconque des revendications 30 pérécdentes, caractérisé en ce que les particules captées ont une masse volumique vraie de 0,1 à 0,4kg/dm3 inférieure à celles des particules captées par le cyclone. 8. Système de chauffe selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie des particules captées sont introduites dans les injecteurs (72) situés en aval des brleurs (70, 71). 9. Système de chauffe selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le foyer (7) est à double vote. 10. Système de chauffe selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le foyer (7) est à chauffe frontale. 11. Système de chauffe selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le foyer (7) est à chauffe tangentielle. 12. Système de chauffe selon un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible solide est du charbon maigre.