Brevet FR2939185A1 — publié le 20100604

L'invention a trait aux problèmes de la combustion d'un combustible et d'un comburant dans les chaudières ou autres centrales thermiques destinées à fournir de la chaleur ou à produire de l'électricité. Comme comburant on considère généralement un comburant gazeux comme l'air. Comme combustible, on peut considérer aussi bien un combustible solide, comme le charbon, ou un combustible gazeux ou liquide, comme un hydrocarbure (fioul). Les problèmes auxquels il est fait ici référence sont nombreux : formation de divers composés nocifs pour l'environnement et les personnes, comme les oxydes de soufre et d'azote, le soufre étant présent dans le combustible et l'azote, dans l'air, et comme le monoxyde de carbone (CO), formation de résidus carbonés entraînant une perte de carbone non utilisé et des déchets non valorisables, formation de suie qui provoque un encrassement des corps de chauffe et des surfaces d'échange et donc une baisse du rendement énergétique et l'obligation de ramonages répétés. Pour pallier ou réduire ces problèmes, on a déjà proposé de privilégier la formation de CO2 au dépens des composés qu'on souhaiterait éviter ainsi que de contrôler la quantité d'air ou d'accélérer la vitesse de réaction, le tout grâce à l'adjonction d'un catalyseur dans l'air de combustion, qui augmente la vitesse de réaction et se comporte comme un agent sélectif favorisant la production du produit désiré au détriment des produits secondaires. Ainsi, le document FR 2 837 214 enseigne de mélanger des vapeurs catalytiques à l'air de combustion et, notamment, des vapeurs d'un catalyseur organométallique et, plus particulièrement, des vapeurs de méthylcyclopentadienyl manganèse tricarbonyl. L'invention de la présente demande vise à aller au-delà et à proposer un équipement permettant la meilleure combustion possible au regard des problèmes évoqués ci-dessus, grâce, non seulement, à une optimisation de l'aspiration des vapeurs catalytiques de l'air de combustion mais également à un réglage permettant d'obtenir le meilleur rapport carbone/air, le rendement énergétique le plus haut et le taux de rejet polluant le plus bas. Trop d'air entraîne une perte d'énergie et la formation de composés nocifs, pas assez d'air, la formation de CO et de poussières. Ainsi l'invention de la présente demande concerne un équipement, destiné à être monté en amont d'un dispositif d'aspiration d'un comburant gazeux dans un corps de chauffe destiné à recevoir également un combustible, comprenant un réservoir, de mélange du comburant et de vapeur catalytique, destiné à recevoir un bain de catalyseur liquide et pourvu d'une entrée de comburant et d'une sortie de comburant, équipement caractérisé par le fait qu'il comporte un coffret de chauffage de comburant, raccordé à l'entrée le comburant du réservoir, pour être traversé par le comburant avec des moyens de régulation de la température du comburant entrant dans le réservoir, une vanne de régulation de débit de comburant raccordée à la sortie de comburant du réservoir et une unité de commande des moyens de régulation de température et de la vanne de régulation. Grâce à l'équipement de l'invention, la température et le débit du comburant pouvant être contrôlés, la réaction de combustion est améliorée, les surfaces d'échange thermique restent propres, le rendement est amélioré, la pollution est réduite et les ramonages peuvent être espacés. De préférence, le réservoir comporte une batterie de feuilles de mélange du comburant et de la vapeur catalytique disposées pour baigner dans le bain catalytique et en extraire le catalyseur par capillarité et ainsi imbiber le comburant. Avantageusement, il s'agit de feuilles de tissus. De préférence encore, il est prévu une jauge de mesure du niveau du 30 bain catalytique agencée pour coopérer avec des moyens de calcul de la consommation du catalyseur. De préférence toujours, il est prévu sur le réservoir de mélange une valve de surpression, pour éviter tout risque de montée en pression du réservoir. Avantageusement, il est prévu entre le coffret de chauffage et le réservoir une vanne d'entrée de comburant. Dans la forme de réalisation préférée de l'équipement de l'invention, il est prévu un bac de rétention du catalyseur, dans lequel est disposé le réservoir de mélange, en cas de fuite de ce dernier, ainsi qu'un module de télécontrole de l'équipement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de la forme de réalisation préférée de l'équipement, en référence au dessin en 15 annexe, sur lequel - la figure 1 illustre une application de l'équipement à un corps de chauffe d'une centrale thermique au charbon, de production d'électricité ; - la figure 2 est une vue en perspective du couvercle du réservoir de mélange, équipé de la valve de surpression, de la jauge de mesure de 20 niveau et du raccord antipollution ; - la figure 3 est une vue en perspective du réservoir de mélange ; - la figure 4 est une vue du réservoir de la figure 3 équipé des feuilles de mélange ; - la figure 5 est une vue en perspective du réservoir de mélange 25 équipé de son couvercle ; - la figure 6 est une vue en perspective du réservoir de la figure 5 équipé des vannes et du coffret électrique ; - la figure 7 est une vue en perspective du bac de rétention ; - la figure 8 est une vue en perspective du bâti de l'équipement avec le 30 bac de rétention ; - la figure 9 est une vue en perspective du bâti de l'équipement avec le bac de rétention et le réservoir de mélange et - la figure 10 est une vue de l'unité de commande. En référence à la figure 1, l'équipement de l'invention, qui va être décrit, est destiné à être raccordé à l'entrée d'un dispositif 1 d'aspiration d'air (comburant gazeux) dans un corps de chauffe 2 ici d'une centrale thermique au charbon (combustible). Le charbon est recueilli sur un convoyeur 3 circulant sous un silo 4 et est entraîné dans le corps de chauffe 2 tout comme l'air provenant de l'aspirateur 1. Le charbon est brûlé dans le corps de chauffe 2, avec production de CO2 et autres fumées et composés gazeux secondaires évacués par une cheminée 5, d'une part, et de cendres et autres composés solides non brûlés évacués par une trappe 6, d'autre part. Un circuit eau/vapeur 7 d'une turbine 8 s'étend autour du corps de chauffe 2 pour entraîner une génératrice 9 produisant, à travers un poste de transformation 10, l'électricité désirée (11). La turbine 8 est refroidie par un circuit de refroidissement 12. Le mélange gazeux aspiré dans le corps de chauffe 2 est produit par l'équipement qui va maintenant être décrit. L'équipement comporte un bâti 13 (figure 8), sur le fond duquel repose un bac de rétention 14 (figure 7) dans lequel est déposé un réservoir de mélange 15 (figures 3-5), destiné à recevoir un bain de catalyseur liquide. Le bâti 13 comporte un conduit d'évacuation 16 connecté à l'aspirateur 1. Le réservoir 15 comporte une ouverture 17 d'entrée d'air et une ouverture 18 de sortie d'un mélange d'air et de vapeurs catalytiques. Le réservoir 15, à l'état de fonctionnement, est recouvert d'un couvercle 19 (figure 2). Ce couvercle est équipé d'une jauge 20 de mesure du niveau du bain catalytique dans le réservoir 15. Il s'agit ici d'une jauge à bras de levier 21. Le couvercle 19 est également équipé d'une valve de surpression 22 permettant d'éviter tout risque de montée en surpression du réservoir 15. Enfin, et dans cette forme de réalisation, le couvercle 19 est équipé d'un tube 24 de remplissage du liquide catalytique, à l'entrée duquel est monté un raccord antipollution 23, pour éviter lors du remplissage du réservoir 15 tout égouttement polluant. A l'intérieur du réservoir 15 (figure 4), sont disposés, verticalement, des feuilles de tissus capillaire 40 fixées sur cadres disposés par groupes, ici de trois cadres en chicane, et montés dans le réservoir dans des glissières 41 s'étendant sur deux parois latérales intérieures 42, 43 du réservoir. Les feuilles de tissus, qui trempent dans le bain catalytique, constituent une batterie de feuilles de mélange de l'air réchauffé entrant dans le réservoir et de vapeurs catalytiques, grâce aux remontées capillaires du liquide catalytique le long des feuilles transformées en vapeurs par l'air chaud qui s'en imbibe, l'air chaud entrant dans le réservoir et circulant autour des feuilles de tissus, d'un groupe à l'autre. Après avoir équipé l'intérieur du réservoir 15, on le referme en y fixant le couvercle 19. On y fixe ensuite, à son entrée 17, une vanne d'entrée d'air 25 et, à sa sortie 18, une vanne de régulation de débit 26. A la vanne d'entrée 25, on fixe un coffret électrique 27 contenant un bloc de résistances de chauffage de l'air entrant dans le réservoir. L'air ainsi chauffé traverse le réservoir 15 et s'imprègne de vapeurs du catalyseur. Les vannes d'entrée et de sortie 25, 26 sont des vannes à sécurité positive (elles se ferment) en cas de coupure de courant. Le bac de rétention 14 (figure 7) est destiné à recueillir du liquide catalytique en cas de fuite du réservoir de mélange. C'est un élément de sécurité. Il comporte une jauge à bras de levier 28 et un tube d'aspiration 29 équipé, en tête, d'un raccord anti-pollution 30. Ayant posé le bac de rétention 14 sur le fond du bâti 13 (figure 8), on dépose le réservoir 15 dans le bac de rétention 14 et, ici, on ferme le bâti par un couvercle. Le bloc de résistances du coffret électrique 27 est un bloc interchangeable.30 La commande des résistances s'effectue par une sonde de température d'air et des moyens de régulation de température d'un automate de gestion 31 d'une unité de commande 32. Cette unité de commande, par son automate de gestion 31, gère d'autres paramètres de contrôle de l'équipement : l'ouverture de la vanne de sortie 26 du réservoir 15, pour régulation du débit de sortie ; le niveau du bain catalytique dans le réservoir 15, fourni par la jauge 20, 21, ce qui permet également une planification du 10 remplissage du réservoir ; le niveau de liquide catalytique dans le bac de rétention 14 fourni par la jauge 28, pour détecter une fuite éventuelle ; d'autres paramètres mécaniques fournis par des capteurs de position ou d'autres contacteurs d'ouverture. 15 L'unité de commande 32 est également équipée d'un module de téléphonie cellulaire 33 et d'un modem 34, formant un module pour le télécontrôle pour un centre distant. 20 Grâce à des moyens de calcul de l'automate 31 et à la jauge 20, 21 de mesure du niveau du bain dans le réservoir 15, on connaît la consommation de catalyseur. Grâce à l'équipement de l'invention, la concentration de catalyseur 25 dans le comburant peut être contrôlée et être maintenue dans des proportions optimales afin de catalyser au mieux la réaction de combustion. En effet, étant dans un milieu ouvert, une partie du catalyseur est perdue en sortie du corps de chauffe, d'où la nécessité d'assurer un approvisionnement constant de catalyseur. L'équipement de l'invention est donc capable par 30 calcul de gérer une concentration optimale de produit dans le corps de chauffe. Grâce à l'action de l'équipement, les plages de réglage de régulation du corps de chauffe sont élargies (réglages du débit d'air, débit du combustible notamment). Les débits de comburant et de combustible peuvent être plus facilement ajustés et contrôlés, permettant d'atteindre la réaction de combustion optimale. Tous autres éléments à forte capillarité et remouillage en surface 5 conviendraient également comme par exemple des matériaux en feutre. On a décrit, comme feuilles de mélange, des feuilles de tissus. L'équipement qui vient d'être décrit est bien adapté pour réduire la 10 pollution, économiser les combustibles. 15 20 25 30 REVENDICATIONS1. Equipement, destiné à être monté en amont d'un dispositif (1) d'aspiration d'un comburant gazeux dans un corps de chauffe (2) destiné à recevoir également un combustible (4), comprenant un réservoir (15), de mélange du comburant et de vapeur catalytique, destiné à recevoir un bain de catalyseur liquide et pourvu d'une entrée de comburant (17) et d'une sortie de comburant (18), équipement caractérisé par le fait qu'il comporte un coffret (27) de chauffage du comburant, raccordé à l'entrée de comburant (17) du réservoir (15), pour être traversé par le comburant, avec des moyens (31) de régulation de la température du comburant entrant dans le réservoir, une vanne (26) de régulation de débit de comburant raccordée à la sortie de comburant (18) du réservoir (15) et une unité (32) de commande des moyens de régulation de température (31) et de la vanne de régulation (26). 2. Equipe ment selon la revendication (1), dans lequel le réservoir (15) comporte une batterie de feuilles (40) de mélange du comburant et de la vapeur catalytique disposées pour baigner dans le bain catalytique et en extraire le catalyseur par capillarité et ainsi imbiber le comburant. 3. Equipement selon la revendication (2), dans lequel les feuilles de mélange sont des feuilles de tissus (40). 4. Equipement selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel il est prévu 25 une jauge (20) de mesure du niveau du bain catalytique agencée pour coopérer avec des moyens (32) de calcul de la consommation du catalyseur. 5. Equipement selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel il est prévu sur le réservoir de mélange (15) une valve de surpression (22), pour éviter 30 tout risque de montée en pression du réservoir. 6. Equipement selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu entre le coffret de chauffage (27) et le réservoir (15) une vanne d'entrée de comburant (25). 5 7. Equipement selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel il est prévu un bac (14) de rétention du catalyseur, dans lequel est disposé le réservoir de mélange (15), en cas de fuite de ce dernier. 8. Equipement selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel il est prévu un module de télécontrôle (33, 34). 10 15 20 25 30 35 40 45