Brevet FR2873789A1 — publié le 20060203

La présente invention concerne un dispositif à lit fluidisé à agent comburant enrichi en oxygène. Par dispositif à lit fluidisé est ici entendu tout autant foyer à lit fluidisé circulant que lit fluidisé dense. Le développement de nouvelles réglementations limitant les émissions de gaz à effet de serre, dont fait partie le dioxyde de carbone dans les centrales à combustibles carbonés fossiles amène à mettre en oeuvre des technologies de capture du dioxyde de carbone contenu dans les fumées de combustion à l'air. La technologie de capture de dioxyde de carbone fréquemment o mise en oeuvre consiste à laver les fumées diluées par l'azote de l'air de combustion à l'aide de solvants qui absorbent le dioxyde de carbone puis le restituent en courant gazeux concentré de dioxyde de carbone après régénération du solvant par chauffage. Ce procédé absorbe une énergie importante et dégrade de façon 15 très importante le rendement des centrales à combustibles carbonés fossiles, à savoir en diminuant le rendement de plus de 15 points. Il est connu des brevets US 4 498 289 et US 5 175 995 d'utiliser en tant qu'agent comburant de l'oxygène au lieu d'air dans des chaudières de production d'énergie. L'avantage de l'utilisation d'oxygène en tant qu'agent comburant est la réduction jusqu'à l'élimination du ballast en azote diluant le dioxyde de carbone contenu dans les fumées et provenant de l'azote contenu dans l'air de combustion, ainsi que la réduction importante des dimensions de l'équipement nécessaire. L'application de ce principe à une chaudière à lit fluidisé circulant est divulguée dans le brevet US 6 505 567. Selon ce document, un générateur de vapeur ou foyer à lit fluidisé circulant comprend des moyens d'introduction d'oxygène sensiblement pur dans le générateur. L'avantage de la technique à lit fluidisé circulant est qu'elle permet 30 d'extraire de la chaleur sur la boucle des solides en circulation et de conserver une température de combustion basse, découplée de la teneur en oxygène de l'agent comburant. Cette technique est donc particulièrement attractive et permet de maximiser la fraction d'oxygène dans l'agent comburant et de minimiser la taille de la chaudière dépendant directement du débit de fumées produites. Cependant le coût de production de l'oxygène est élevé en matière énergétique, il est donc intéressant de réduire au maximum son utilisation dans les dispositifs à lit fluidisés. L'invention propose donc un dispositif permettant d'optimiser la consommation d'oxygène tout en gardant les avantages de la o combustion sans air. Le dispositif à lit fluidisé circulant selon l'invention comprend un foyer pourvu d'une sole, équipé d'alimentation en mélange gazeux, ledit mélange étant enrichi en oxygène, et un lit extérieur, il est caractérisé en ce que le lit extérieur est fluidisé par de l'air. Il existe ainsi deux circuits parallèles et indépendants: un avec un mélange gazeux enrichi en oxygène pour la combustion dans le foyer et un avec de l'air pour fluidiser le lit extérieur. Selon une caractéristique particulière, l'air de fluidisation du lit est refroidit dans un échangeur avant rejet à l'atmosphère. L'air après avoir fluidisé le lit est rejeté à l'atmosphère via des échangeurs de chaleur afin de récupérer la chaleur emmagasinée par le passage dans le lit qui comporte des particules chaudes. Selon une autre caractéristique, les particules du lit sont séparées de l'air de fluidisation avant injection dans le foyer. Afin 25 d'éviter tout passage d'air dans le foyer, il est nécessaire de s'assurer que les particules entrent dans le foyer sans air. Selon une disposition particulière, les particules sont séparées de l'air par un siphon. Le siphon est classiquement utilisé pour mettre en communication deux enceintes de pressions différentes et donc 30 d'empêcher au maximum le passage des gaz d'une enceinte à l'autre. Selon une autre disposition particulière, le siphon est fluidisé par un mélange gazeux de CO2/O2. Cette fluidisation permet de remplacer dans les poches de gaz toujours présentes dans les solides, l'air par un mélange gazeux contenant du O2/CO2, et d'éviter ainsi le passage d'air 5 dans le foyer 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 représente une vue schématique d'une chaudière à lit 10 fluidisé selon l'invention, - la figure 2 est une vue détaillée du lit extérieur et son siphon, - la figure 3 est une vue schématique d'un exemple de réalisation. Le dispositif selon l'invention comprend un foyer F1, un séparateur 21 et un lit extérieur E. Comme on peut le voir figure 1, les solides contenus dans les fumées de combustion sortant du foyer F1 sont séparés dans le séparateur 21 et ramenés vers le bas du foyer F1 par un siphon 20 fluidisé. Les fumées sortant du cyclone sortent par l'évacuation 32. La base du siphon 20 est munie d'une extraction de solides à débit contrôlé par une vanne. Les solides extraits sont également transférés vers un lit fluidisé dense E contenant un échangeur immergé dans son lit 24. Les solides refroidis sortent du lit E et sont transférés par une conduite 25 vers le foyer F1. Ledit lit E est fluidisé par de l'air qui arrive par des buses B'1 25 disposées sur la sole 23 dudit lit E. Le siphon 20 assure l'étanchéité en air entre le lit dense E et le foyer à lit fluidisé circulant F1. Un deuxième siphon 2 assure l'étanchéité en air à la sortie du lit E vis à vis du foyer F1. La figure 2 montre que le lit fluidisé dense E est muni d'un évent 30 spécifique 30 pour évacuer l'air de fluidisation, arrivant par B1, vers une cage arrière spécifique 31 de la chaudière afin de ne pas diluer le dioxyde de carbone produit dans le foyer par cet air. Cela présente l'avantage de ne pas utiliser de dioxyde de carbone recyclé pour la fluidisation des échangeurs à lit denses. Ce dioxyde de carbone est alors conservé pour l'alimentation en mélange gazeux riche en oxygène dans le foyer et permet de diminuer la concentration en oxygène dudit mélange gazeux. Le siphon 2 est fluidisé par un mélange gazeux comportant du O2/CO2, ce mélange arrive par des buses de fluidisation B2. L'utilisation du gaz O2/CO2 pour fluidiser permet une substitution de io l'air restant entre les particules solides par ledit gaz et de s'assurer ainsi que tout l'air de fluidisation du lit est bien évacué sans retourner vers le foyer F1. Les particules solides retournent vers le foyer F1 par un retour de solides 25. La figure 3 représente un exemple de réalisation selon l'invention, où le foyer F1 a deux séparateurs 21 avec chacun un siphon 20. Chaque siphon 20 est relié à deux lits extérieurs E possédant chacun un siphon 2. Ainsi la boucle de circulation des solides est dédoublée, chaque boucle comportant un séparateur 21 et un siphon 20. On peut également dédoubler l'extraction des solides à partir de chaque siphon 20, comme sur la figure 3. Chaque siphon 20 comporte ainsi deux sorties à débit contrôlé chacun par une vanne et alimente deux lits extérieurs E. Chaque lit extérieur E est fluidisé par de l'air et suivi d'un siphon 2. REVENDICATIONS, 1. Dispositif à lit fluidisé circulant comprenant un foyer (F1) pourvu d'une sole, équipé d'alimentation en mélange gazeux, ledit mélange étant enrichi en oxygène, et un lit extérieur (E) caractérisé en ce que le lit (E) est fluidisé par de l'air. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air de fluidisation du lit (E) est refroidit dans un échangeur avant rejet à l'atmosphère. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les o particules du lit (E) sont séparées de l'air de fluidisation avant injection dans le foyer (F1) 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les particules sont séparées de l'air de fluidisation par un siphon (2). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le siphon 15 (2) est fluidisé par un mélange gazeux composé de 02/CO2.