Brevet FR3031766A1 — publié le 20160722

1. Compresseur des gaz de combustion (hélico-centrifuge ou autre, anticorrosion si nécessaire) 2. Enceinte étanche pressurisée (anticorrosion si nécessaire) 3. Média froid (échangeur tubulaire à contre-courant anticorrosion ou autre) 4. Séparateur de gouttelette (anticorrosion si nécessaire) 5. Vantelles réglables, ou autre organe de réglage, si nécessaire (anticorrosion si nécessaire) 6. Média chaud si nécessaire (échangeur tubulaire à contre-courant anticorrosion ou autre) 7. Bac de récupération des condensats (anticorrosion si nécessaire) 8. Organe déprimogène si nécessaire (anticorrosion si nécessaire) 9. Evacuation des condensats (anticorrosion si nécessaire) 10. Sortie de l'enceinte étanche pressurisée (anticorrosion si nécessaire) 11. Arrivée du fluide caloporteur froid (eau ou autre) 12. Vanne de répartition si nécessaire (ou vannes fonctionnant en sens inverses) 13. Média surchauffeur si nécessaire (anticorrosion si nécessaire) 14. Conduit d'arrivée des gaz de combustion chaud 15. Départ du fluide caloporteur chaud (vapeur ou autre) 16. Désurchauffe si nécessaire (eau ou autre) DESCRIPTION DU PROCEDE ET DE L'INSTALLATION DE RECUPERATION DE CHALEUR ET DE TRAITEMENT DES GAZ DE COMBUSTION Pendant longtemps les matériaux disponible ne permettaient pas de s'affranchir des points de rosée acide lors de la condensation des fumées, provocant alors de grave dégradations par corrosion. Désormais, la panoplie de matériaux, de revêtement et de procédé chimique permettant de traiter l'acidité des fumées et des condensats n'a pas à être inventoriée, tant les solutions et combinaisons sont nombreuses (téflon, PTFE, carbone, céramique, kevlar, ébonite, verre, réactifs,...). La présente invention concerne un procédé et une installation de récupération de chaleur et de traitement des gaz issus de combustion. L'invention répond en particulier à la problématique de récupération de chaleur latente et sensible, ainsi qu'à l'épuration des gaz de combustion contenant une teneur en humidité. L'invention présente l'intérêt de récupérér un maximum de chaleur latente et sensible en conditionnant les gaz de combustion, pour en transférer la chaleur latente et sensible contenue à un fluide caloporteur, pour être utilisée ou valorisée, comme expliqué plus en détail ci-après. Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé conforme à l'invention, prise isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : Nt Le compresseur de gaz de combustion (1) transmet au gaz le traversant une pression proche de la pression partielle de saturation de la vapeur d'eau, selon la température du gaz entrant et de sa teneur en humidité. Nt Une fois comprimé dans l'enceinte étanche pressurisée (2) les gaz de combustion sont dirigés sur un média froid (3), type échangeurs alimenter à contre-courant, pour continuellement .2 3031766 abaisser les températures des gaz de combustion jusqu'à la température la plus froide en fin de média. - L'avantage innovant de ce procédé est de débuter la condensation du gaz sous pression à des températures plus élevées et ainsi de pouvoir transmettre la chaleur latente plus tôt au fluide caloporteur (11), qui si nécessaire peut lui-même changer d'état pour absorber, via sa chaleur latente de vaporisation, le transfert de chaleur opéré. Si le fluide froid ne change pas d'état dans le procédé, il nécessite alors un fort débit qui peut être valorisée si nécessaire par une pompe à chaleur rehaussant l'exergie de travail du fluide caloporteur. ,7 Pour participer au maintient sous pression du média froid (3) et éviter l'entrainement de particule d'eau vers la suite des installations, un séparateur de gouttelette (4) peut être installé complémentairement à la perte de charge produite par le média froid. - Pour mieux maitriser les variations de charge des gaz de combustion admissibles, selon la conduite des installations de combustion ou toute autre perturbation, des vantelles (5) peuvent être installées complénnentairement et régulées de différentes façons, notamment pour optimiser la récupération d'énergie. - Pour diverses raison, il peut être utile d'installer un média chaud permettant de rehausser légèrement la température du gaz et ainsi s'affranchir de tout risque de condensation des gaz dans la suite des installations, ou encore pour améliorer la dispersion des gaz atmosphériques, qui déshumidifiés sont légèrement plus lourds, d'où l'intérêt de les réchauffer légèrement. - li peut être précisé que le soin apporté aux étanchéités périphériques de chacun des composants abordés améliorera les performances du procédé. - En partie basse des éléments installés, est positionné un bac de récupération des condensats (7) largement dimensionné pour récupérer l'ensemble des condensats, selon le débit et l'humidité du gaz de combustion pouvant être admis, ainsi que selon le débit d'eau admissible au niveau de l'éventuel organe déprimogène (8), permettant l'évacuation des condensats (9) à une faible pression, sans fuite de pression de l'enceinte (2). ,7 Ainsi, le procédé innovant permet de réutiliser ou de s'affranchir du conduit d'échappement de gaz (10) situé en aval de l'enceinte pressurisée étanche(2). Les possibilités de prolonger l'enceinte pressurisée étanche peuvent notamment permettre de réduire significativement le diamètre utile des conduits jusqu'à la mise à l'atmosphère (cheminée), ou tout autre exutoire. - Pour ce qui est du fluide froid (11), qui doit avoir une pression et un débit contrôlés, notamment pour le possible changement d'état à température souhaitée, après avoir été lentement réchauffé au niveau du média froid, il est dirigé vers l'éventuelle vanne de répartition (12), ou vannes fonctionnant en sens inverses, pour alimenter à la demande l'éventuel média chaud (6), qui après le point de mélange alimente l'éventuel surchauffeur (13). Le surchauffeur, ici installé dans l'enceinte amont (14), peut avoir pour but de fournir une vapeur surchauffé (15) à un procédé spécifique (turbinage, cycle de Rankin, pompe à chaleur thermodynamique, utilisation de vapeur vive,...) ou à un réseau de chaleur. Pour une parfaite maitrise de la qualité de vapeur délivrée, une désurchauffe (16) peut notamment être installée. Egalement, il peut être précisé que les gaz de combustions sortant de l'enceinte étanche pressurisée (10) sont débarrassés de nombreux polluants atmosphériques (S02, S03, HCI, poussières,...), qui retrouvés à l'évacuation des condensats (9) sont facilement traitables après que le pH ait été neutralisé. Une pompe à chaleur peut permettre d'abaisser la température des condensats et de récupérer une énergie facilement valorisable, condensat pouvant être ensuite traités et potentiellement préparé en eau chaudière pour être réinjecté au niveau du fluide froid (11). Fluide froid pouvant être à des températures négatives et ainsi permettre la récupération quasi totale du Pouvoir Calorifique Supérieur du combustible considéré, pour ensuite être valorisé en vapeur ou sous toute autre forme. Le procédé ainsi détaillé en a délivré ces spécificités et démontré son intérêt industriel et sa dimension novatrice. Ainsi, il s'agit d'une invention de procédé susceptible d'application industrielle nouvelle impliquant une activité inventive, dont les avantages économiques, énergétiques et environnementaux sont certains : La valorisation énergétique que permet ce procédé innovant présente un avantage économique avéré par rapport aux technologies actuellement utilisées pour la récupération de chaleur latente dans les gaz de combustion, compte tenu du prix des énergies combustibles. La compression des gaz d'échappement permet de réduire significativement les dimensions et tailles des équipements situés en aval du compresseurs, tant pour les principaux organes du procédés que ceux permettant la canalisation des gaz vers la mise à l'atmosphère, ou tout autre exutoire. L'adaptation de la taille du procédé innovant permet son implantation_en_aval_ de gaz de combustion qu'ils soient en pression ou dépression. La compression et condensation des gaz de combustion permet de faire disparaitre le panache de vapeur d'eau parfois visible en cheminée. En ce sens, il est rappelé que dans la présente description, un gaz de combustion ayant subit un prétraitement quel qu'il soit, notamment par lavage humide où dilution partiel avec de l'air ou un autre gaz, reste un gaz de combustion. La compression et le refroidissement des gaz d'échappement peuvent dans le cadre du présent procédé novateur être montés en cascades successives de manière à obtenir des gaz parfaitement secs. REVENDICATIONS1. Le procédé innovant est la compression poussée des gaz de combustion et la régulation de celle-ci par variation de la vitesse de rotation du compresseur et de l'organe de réglage, type vantelle ou autre, pour condenser l'humidité contenue dans ces gaz sur un média froid en général, un échangeur alimenté en contre-courant en particulier. Cela afin d'extraire le maximum de chaleur latente et sensible contenue dans les gaz de combustion, notamment par la rehausse de la température de condensation de la vapeur d'eau contenue dans le gaz de combustion, selon sa pression partielle de saturation. Voir figure unique n°1. Egalement, ce procédé innovant permet la captation de polluants atmosphériques. 2. Ce procédé innovant s'applique que le fluide caloporteur subisse ou non (bien que moins avantageux) un changement d'état lors de la condensation des gaz d'échappement. Egalement, les procédés complémentaires connexes et modulables exposées dans la description, pour leur application dans le procédé innovant considéré, s'appliquent ; notamment comme procédé pour la captation de polluants atmosphériques. 3. Les principales options présentées dans le descriptif du procédé innovant, avec des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé conforme à l'invention, prise isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles restent du domaine du procédé en lui-même. 4. Tout autre procédé externe simplement adjoint à ce nouveau procédé ne constitue pas une innovation, même s'il permet de répondre à une application industrielle spécifique, notamment par le recours à des pompes à chaleur thermodynamiques ou à des cycles de fluides organiques pour en étendre ou en améliorer le principe, y compris pour répondre à des contraintes environnementales. 5. Les différents modes de régulation propres ou adjoints à ce nouveau procédé ne constituent pas une innovation, même s'ils permettent de répondre à une application industrielle spécifique, ou qu'ils permettent d'en étendre ou d'améliorer le principe, y compris pour répondre à des contraintes environnementales. 6. Les procédés conditionnant le prétraitement du gaz de combustion admissible en amont du procédé innovant et ceux permettant l'évacuation optimisée du gaz de combustion en aval ne constituent pas une innovation, même s'ils permettent de répondre à une application industrielle spécifique, ou qu'il permet d'en étendre ou d'en améliorer le principe, y compris pour répondre à des contraintes environnementales. A ce titre, il est précisé que la vapeur d'eau produite par un appareil de cuisson, par une étuve ou toute autre vapeur d'eau issue de processus industriel, commercial ou domestique, sont pour le processus innovant considérée comme gaz assimilable à un gaz de combustion. 7. Le choix de technologies différentes mises en oeuvre dans le procédé innovant ne constitue pas une innovation à part entière, notamment concernant le compresseur et son mode d'entrainement ou la conception et les revêtements des médias chauds et froids, y comprisle mode d'obturation ici présenté par des vantelles. Il est précisé qu'une attention particulière devra être portée, au cas par cas, aux condensats se formant et à évacuer pour en inhiber toute propriété inappropriée. 8. Les procédés de préparation et de valorisation du fluide caloporteur, et le fluide caloporteur en lui-même ne constituent pas une innovation, même s'ils permettent de répondre à une application industrielle spécifique, ou qu'ils permettent d'en étendre ou d'en améliorer le principe, y compris pour répondre à des contraintes environnementales. 9. Le développement de procédés de combustible, de combustion et de corps de chauffe optimisés, par la mise en place du procédé innovant, sont à considérer comme innovations susceptibles d'applications industrielles nouvelles impliquant une activité inventive, si toutefois ils ne reprennent pas les principes du processus innovant, sans toutefois ouvrir des droits sur le procédé innovant. 10. Le développement de label et de certification promouvant la mise en place du procédé innovant est libre, sans toutefois ouvrir de droit sur le procédé innovant.