DEVICE FOR INJECTING EXHAUST GASES INTO A COOLING TOWER

Abstract: 1. Device for injecting desulphurised flue gas into a natural draught cooling tower equipped with a shell through which the aforementioned gas is conducted via at least one pipe above the exchange body and drop separators of the cooling tower, characterised in that the pipe (1) is equipped with a means of passage (3) of the flue gas into at least one chamber (4) for regulating the speed of the flue gas, which chamber (4) is connected by means of at least one drop separator (5) with the inside of the cooling tower (2).

Description: Le domaine d'application de l'invention est constitué par les tours de réfrigération atmosphérique à tirage naturel et à contre-courant des centrales électriques à combustible fossile sulfureux pourvues d'installation de désulfuration des gaz brûlés. L'invention concerne un dispositif d'injection des gaz brûlés désulfurés de ces centrales électriques dans ces tours de réfrigération. Pour des raisons écologiques (protection de l'environnement) (essentiellement destinées à enrayer le depérissement des forêts et l'acidification de lacs, et à sauver leurs faunes et leurs flores), les centrales électriques brûlant des combustibles sulfureux sont contraintes de prendre des mesures telles que les gaz brûlés rejetés à l'atmosphère soient pauvres en soufre. Les mesures considérées consistent à désulfurer les gaz brûlés à la sortie des réchauffeurs d'air. Les procédés courants de désulfuration consistent à laver les gaz brûlés par des solutions chimiques. Le brevet FR 2 534 150 décrit une telle installation. Les gaz brûlés en sortent à température relativement basse, de l'ordre de 800C, et sont saturés d'humidité. Ces gaz désulfurés sont trop froids pour être envoyés dans les cheminées normales des centrales électriques; leur force ascensionnelle est également réduite par cette basse température, ce qui entrave la bonne dispersion des gaz brûlés dans l'atmosphère. En conséquence, il y a intérêt à envoyer les gaz brûlés dans les tours de réfrigération à tirage naturel pour bénéficier de la puissante force ascensionnelle de l'air chaud rejeté pour ces réfrigérants, due essentiellement à leur grand débit d'air, malgré la température de cet air (par exemple 3.0 C) inférieure à celle des gaz brûlés désulfurés. L'idée de rejeter les gaz brûlés par l'intermédiaire des tours de réfrigération à tirage naturel est ancienne. Le brevet DE 347 141 de 1922 la révèle déjà. D'autres références sont les documents GB 525 702 de 1939, DE 1 601 137 de 1967, DE 2 228 762 de 1972, DE 2 453 488 de 1974, et, plus récemment DE 27 38 501 501 et DE 27 52 288 où les gaz brûlés sont désulfurés. L'injection des gaz brûlés dans les tours de réfrigération à tirage naturel pose des problèmes. En effet, la désulfuration des gaz brûlés n'est pas totale. La teneur initiale en soufre est, par exemple, de l'ordre de 100 g/m3, et elle est abaissée à une valeur de tordre du gramme par mètre cube. Il en est de même des autres composés toxiques des gaz brûlés, notamment les oxydes d'azote NO . Il est souhaitable de bien diluer ces gaz brûlés dans l'air chaud du réfrigérant, dont le débit est grosso modo 10 fois plus élevé, pour éviter des concentrations locales en produits toxiques relativement élevées à la sortie du réfrigérant, et pour entrainer les gaz brûlés avec le grand flux d'air chaud du réfrigérant comme une seule masse quasi homogène d'air. Le bon mélange des gaz brûlés avec le flux d'air du réfrigérant aura pour effet d'accroitre le tirage du réfrigérant grâce à l'élévation de température de la masse d'air mélangé. Ce problème du mélange semble avoir échappé aux inventeurs de divers brevets cités plus haut, notamment de DE 2 228 762. Or l'accroissement du tirage est souhaitable non seulement en soi, notamment pour réduire les dimensions du réfrigérant pour une même capacité de réfrigération, mais également pour compenser les pertes de charge supplémentaires du flux d'air du réfrigérant dues aux canalisations de gaz brûlés et aux dispositifs d'injection. En effet, ces canalisations sont très importantes; par exemple, pour une tour de réfrigération d'un diamètre de 100 m au niveau du corps d'échange, au-dessus duquel les gaz brûlés seraient injectés, les gaz brûlés seraient injectés par deux canalisations de 7 m de diamètre. Une caractéristique des gaz brûlés désulfurés est leur saturation en vapeur d'eau, provenant du procédé aqueux de désulfuration. Ceci a pour conséquence que toute baisse de tespé- rature de ces gaz brûlés provoque la condensation de vapeur d'eau sous forme de micro-gouttelettes, dont les diamètres sont de l'ordre de grandeur du micron. Or un refroidissement de ces gaz a déjà lieu dans les canalisations qui les amènent à l'intérieur du réfrigérant. Pour l'exemple cité (tour de 100 m de diamètre, desservant un groupe turbogénérateur de 600 MW él),- le débit d'eau condensée est de l'ordre de 1 tonne par heure. Ces gouttelettes d'eau vont capter partiellement les oxydes de soufre des gaz brûlés et s'acidifieront de ce fait, leur pH pouvant baisser jusqu'à 2, par exemple. Les fines gouttelettes, de quelques microns de diamètre, seront entraînées au loin par le flux d'air du réfrigérant et seront ainsi bien dispersées dans l'atmosphère. Par contre les plus grosses gouttes, provenant de la coalescence des fines gout belettes, ou de l'arrachement de gouttes en provenance de films d'eau formés sur des surfaces plus froides, notamment les parois des canalisations, devront être captées pour qu'elles ne puissent être rejetées dans l'atmosphère par le réfrigérant et retomber dans son voisinage, causant des dégâts par son acidité. Les moyens mis en oeuvre pour assurer le mélange des gaz brûlés devront donc éviter de présenter des surfaces de contact qui seraient léchées sur une face par les gaz brûlés relativement chauds (45 à 900C) et, sur l'autre face, par le flux d'air du réfrigérant, relativement froid (par exemple 300C). En effet, il y aurait formation d'un film d'eau acide sur la face léchée par les gaz brûlés et arrachage de gouttes d'eau de diamètres relativement grands (quelques dixièmes de mm à quelques mm). Des mélangeurs tels que décrits dans les brevets DE 33 27 931, DE 30 43 239 ou FR 2 275 744 ne conviennent donc pas. L'invention a pour objectif un dispositif d'injection des gaz brûlés qui - assure un bon mélange des gaz brûlés dans le flux d'air du réfrigérant; - capte les gouttelettes d'eau des gaz brûlés de diamètres supé rieurs au diamètre critique au-dessus duquel elles ne seraient plus dispersées loin dans l'atmosphère où elles finiraient par s'évaporer ou par se confondre dans des nuages; - recueille ces gouttelettes d'eau et les conduit à l'extérieur du réfrigérant, où elles peuvent, par exemple, être neutrali sées puis rejetées à ltégoût; - ne présente pas, après les séparateurs de gouttes, de surfaces de condensation pour les gaz brûlés; ; - ne présente que de faibles pertes de charges pour le flux d'air du réfrigérant (moins de 10 % des pertes de charge du corps d'échange) et perturbe peu la distribution de l'air dans le corps d'échange du réfrigérant; - présente des pertes de charge acceptables pour le flux de gaz brûlés (en comparaison des pertes de charge relativement éle vées de ce flux de gaz au travers des installations de désulfuration3. . Ces objectifs sont atteints par un dispositif d'injection des gaz brûlés qui présente les caractéristiques telles que définies dans les revendications. L'invention est maintenant décrite en faisant référence aux dessins ci-annexés dans lequels la figure 1 est une vue en coupe horizontale d'une tour de réfrigération à tirage naturel montrant la disposition de deux canalisations d'amenée des gaz brûlés désulfurés dans la tour de réfrigération; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale verti- cale d'une des canalisations suivant la ligne A-A de la figure 1; les figures 3A et 3B sont des vues en coupe transversale respectivement suivant la ligne B-B et la ligne C-C de la figure 1; la figure 4 est une vue partiellement en élévation et en coupe du bas de la tour de réfrigération montrant la dispos il tion d'une canalisation d'amenée des gaz brûlés ainsi que son dispositif de support; ; la figure 5 est une variante de la figure 3B et la figure 6 est un détail de la jonction d'un panneau séparateur de gouttes avec le plancher d'un compartiment de régulation de la vitesse des gaz brûlés. Dans ces différentes figures, les mêmes notations de références désignent les mêmes éléments. Le dispositif selon l'invention est constitué d'au moins une canalisation horizontale 1 amenant les gaz brûlés dans la tour de réfrigération 2 au-dessus du corps d'échange avec sa distribution et ses séparateurs de gouttes, c'est-à-dire au niveau le plus bas de la cheminée qui soit entièrement dégagé. Cette canalisation 1 présente à son niveau supérieur une fente 3 relativement étroite, qui s'étend depuis une certaine distance de garde après son passage de la coque 12 du réfrigérant 2 jusqu'à son extrémité, cette canalisation s'arrêtant à une semblable distance de garde de la coque du réfrigérant. Cette fente s'détend uniquement aux endroits de la canalisation où elle est surmontée d'une succession de compartiments 4 qui ont approximativement la largeur de la canalisation 1, ou sont légèrement plus étroits, et qui sont fermés à leurs niveaux supérieur 7 et inférieur 8, et dont les faces latérales sont constituées de panneaux de séparateurs de gouttes 5 distribuant les gaz brûlés approximativement perpendiculairement à ces faces latérales. Des exemples de réalisation de séparateurs de gouttes appropriés, connues en soi, se trouvent décrits par exemple dans les documents FR 2 393 600, DT 2 510 754 B2, GM 7 821 546, DE 3 333 172 Al, FR 2 544 997. Les éléments déflecteurs des séparateurs de gouttes 5 sont verticaux ou présentent une franche inclinaison verticale afin de recueillir aisément à la base des panneaux l'eau captée par ces séparateurs de gouttes. La longueur de chaque compartiment 4 est de l'ordre de grandeur du diamètre ou de ia largeur de la canalisation. Elle est par exemple de 4 m pour un diamètre de canalisation de 5 à 7 m. Des cloisons verticales 6 ferment ces compartiments perpendiculairement à la longueur de la canalisation; elles ont pour but d'annuler la composante de vitesse des gaz brûlés suivant la longueur de la canalisation. Afin de réduire l'obstruction présentée par cette canalisation horizontale dans le flux d'air vertical du réfrigérant, la section de la canalisation 1 est réduite dans la mesure où la vitesse des gaz brûlés peut être accrue. Cette vitesse des gaz brûlés au passage de la coque est, par exemple, de 15 à 25 m/s, tandis que la vitesse ascensionnelle de l'air de réfrigération, au niveau de cette canalisation, est de l'ordre de 1,5 à 3 m/s. Afin d'assurer un bon mélange des gaz brûlés, le débit des gaz doit être aussi égal que possible le long de la fente 3 de la canalisation, c' est pourquoi la fente a de préférence une largeur constante. Quant à la canalisation, elle peut être circulaire avec un diamètre dégressif qui y maintient approximativement une vitesse constante; mais cette solution est coûteuse et n1 est pas idéale du point de vue pertes de charge. La canalisation peut être circulaire de diamètre unique constant; la variation de pression à l'intérieur d'une telle canalisation est faible sur la longueur de cette canalisation, ce qui est favorable à l'uniformité du débit le long de la fente. La fente 3 est relativement étroite afin que la variation de pression interne de la canalisation sur la longueur de cette canalisation, cf est-à-dire les pertes de charge des gaz brûlés dans la canalisation, soient pratiquement négligeables vis-à-vis des pertes de charge des gaz brûlés au passage de la fente. La largeur de la fente est telle, par exemple, que sa section totale de passage (largeur x longueur p. ex. 0,8 m x 2 x 24 m) soit approximativement égale à la section (p. ex. 38 m2) de la canalisation au passage de la coque du réfrigérant. Afin de réduire le coût de la canalisation, celle-ci peut être constituée de deux (comme représenté) ou d'un petit nombre de tronçons de sections décroissantes à partir du passage de la coque. La canalisation peut aussi être de section ovale, rectangulaire, voire quelconque. En fonction de la technologie de construction de la canalisation, les fentes 3 sont ou non entretoisées, c'est-à-dire pourvues d'entretoises ou de tirants maintenant constante son ouverture, situés par exemple entre chaque compartiment; ces entretoises ou tirants peuvent être, si nécessaire, plus rapprochés, par exemple, à 1 m les uns des autres. Le toit 7 des compartiments est plat ou bombé. Les gaz brûlés franchissent la fente 3 à une vitesse de l'ordre de grandeur de celle qu'ils ont au passage de la coque, par exemple, 15 à 25 m/s, avec une composante de vitesse oblique, dirigée vers le haut et vers l'extrémité de la canalisation (Fig. 2). Les jets de gaz brûlés des compartiments éclatent sur leurs toits et sur les cloisons situées en aval de chaque compartiment, et se divisent en deux flux gazeux se dirigeant respectivement vers chacune des deux faces latérales des compartiments (Fig. 3B). La hauteur des faces latérales (hauteur de panneaux de séparateurs de gouttes 5) est déterminée par la vitesse maximale qu'on peut admettre pour les gaz brûlés pour qu'il n'y ait pas arrachage de gouttelettes d'eau; cette vitesse est fonction du type de séparateur de gouttes utilisé, elle est, par exemple, de 5 m/s. Compte tenu d'un manque d'uniformité de la vitesse, la vitesse moyenne est, par exemple, de 4,5 m/s, les gaz brûlés franchissant les panneaux de séparateurs de gouttes à des vitesses comprises entre 4 et 5 m/s. Il s'ensuit que la section totale de ces panneaux est grosso modo quatre fois plus grande que la section de la canalisation au passage de la coque du réfrigérant. La hauteur des panneaux 5 est en conséquence, en pratique, généralement comprise entre le tiers et le quart du diamètre. Les compartiments 4 présentent ainsi, d'après leurs proportions, deux chambres de tranquillisation, de part et d'autre de la fente 3, assurant ainsi une assez bonne uniformité de vitesse des gaz brûlés au travers des séparateurs de gouttes 5. Lorsqu'il n'y a qu'une canalisation introduisant les gaz brûlés dans la tour de réfrigération, cette canalisation est de préférence située selon un diamètre de la tour 2. Mais, de préférence, il y a deux canalisations parallèles disposées symétriquement dans la tour, permettant une meilleure distribution des gaz brûlés dans la tour. Il peut aussi y avoir plus de deux canalisations de gaz brûlés, mais de graves problèmes d'encombrement apparaissent vite lorsque le nombre de canalisation croit au-delà de deux. Les canalisations peuvent aussi ne pas être parallèles entre elles, mais, par exmple, disposées radialement. Les matériaux des canalisations et des compartiments peuvent être divers, par exemple, l'acier peint, le fibro-ciment, les matières plastiques armées de fibres de verre, le polychlorure de vinyle. La vitesse des gaz brûlés au sortir des séparateurs de gouttes 5, de 4 à 5 m/s horizontalement, étant nettement plus élevée que la vitesse ascendante de l1air chaud du corps d'échange de chaleur, 1,5 à 3 m/s, la diffusion des gaz brûlés, particulièrement lorsqu'il y a deux canalisations d'amenée des gaz brûlés au réfrigérant, est bien réalisée dans tout le flux d'air du réfrigérant. Des mélanges de 80 à 90 % sont réalisés. En variante, lorsque la ou les canalisations ae gaz sont constituées d'au moins deux tronçons de diamètres décroissants, les compartiments peuvent tous avoir la même largeur, égale notamment à celle du plus petit diamètre de canalisation. C'est ce qui est représenté à la figure 5 où la canalisation est celle de la figure 3B, tandis que le compartiment 4 est identique à celui qui surmonte la canalisation de plus petit diamètre Ot est-à-dire au compartiment représenté à la figure 3A. En variante, les fermetures inférieures 8 peuvent être constituées par la partie de la canalisation située sous les compartiments, les faces latérales 9 situées dans le prolongement des séparateurs de gouttes 5 étant des parois étanches. Dans le cas où les fermetures inférieures 8 des compartiments 4 sont constituées de planchers distincts des parois des canalisations 1, ces planchers peuvent être soit horizontaux soit de préférence légèrement inclinés vers 11 extérieur pour permettre 11 écoulement de 11 eau, qui y est condensée vers le bas des panneaux de séparateurs 5, et son évacuation avec celle des séparateurs de gouttes. L'ensemble des compartiments 4 d'une même section de canalisation peut être continu, les panneaux de séparateurs 5 n'étant séparés que par les éléments de support, et deux compartiments contigus n'étant séparés que par une cloison unique 6. Mais l'ensemble des compartiments 4 d'une même section de canalisation peut aussi être discontinu, chaque compartiment 4 ayant ses propres cloisons 6 en amont pour casser la composante horizontale des gaz brûlés parallèlement à la canalisation, et en aval pour assurer l'étanchéité, les gaz brûlés ne pouvant sortir des canalisations qu'à travers les séparateurs de gouttes. Les cloisons 6 des compartiments 4 peuvent éventuellement être pourvues d'ouvertures permettant les passages de personnel, par exemple à des fins d'inspection, en l'absence d'injection de gaz brûlés; ces ouvertures peuvent être pourvues de portes, par exemple coulissantes. Si ces ouvertures ne sont pas pourvues de portes, elles jouxtent les faces latérales 5 afin d'être franchement situées en dehors de la projection de la fente 3 sur la cloison 6 pour que celle-ci maintienne pleinement son rôle vis-à-vis de la composante horizontale de vitesse des gaz franchissant la fente 3. Dans le cas d'un ensemble discontinu de compartiments les ouvertures des deux cloisons contiguës sont reliées par un tunnel étanche. Comme représenté à la figure 6, les gouttelettes retenues par les panneaux de séparateur de gouttes tombent dans une rigole 10 d'où elles passent par un canal 11 dans l'espace 13 compris entre le plancher 8 et la canalisation 1 pour finalement sortir par un conduit 14 et être ainsi évacuées. il est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux détails exposés dans le présent mémoire.

Claims: REVENDICATIONS 1. Dispositif d1injection des gaz brûlés désulfurés dans une tour de réfrigération à tirage naturel pourvue d'une coque, à travers laquelle les gaz précités sont amenés par au moins une canalisation, caractérisé en ce que la canalisation (1) est munie d'un moyen de pasage (3) des gaz brûlés dans au moins une chambre (4) de régulation de la vitesse des gaz brûlés, laquelle chambre (4) est en communication par l'intermédiaire d'au moins un séparateur de gouttes (5) avec l'intérieur de la tour de réfrigération (2), au-dessus du corps d'échange de celleci. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la canalisation (1) est horizontale et présente à sa partie supérieure une fente (3) longitudinale surmontée d'une succession de compartiments (4) fermés, en communication avec l'intérieur de la tour de réfrigération par au moins un panneau de séparateur de gouttes (5). 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les panneaux de séparateur de gouttes (5) forment les faces latérales longitudinales des compartiments (4) qui sont par ailleurs fermés chacun par des cloisons transversales (6), supérieure (7) et inférieure (8). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les séparateurs de gouttes (5) ont des éléments déflecteurs verticaux. 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les séparateurs de gouttes (5) ont des éléments déflecteurs dont l'inclinaison est franchement verticale. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la longueur de la fente (3) est telle que sa section totale de passage soit approximativement égale à la section de la canalisation au passage de la coque (12). 7. Dispositif suivant l'une quelconque revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la canalisation comporte à partir du passage de la coque (12) au moins deux tronçons dont les sections différentes décroissent de l'un à l'autre tronçon. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la hauteur des faces latérales formées par les séparateurs de gouttes (5) est généralement comprise entre le tiers et le quart du diamètre (moyen) de la canalisation (1). 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par au moins une canalisation (1) disposée radialement dans la tour de réfrigération (2). 10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par deux canalisations (1) disposées parallèles et symétriques l'une à l'autre dans la tour de réfrigération (2). 11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lorsque les canalisations (1) sont constituées d'au moins deux tronçons de diamètres décroissants, les compartiments ont une largeur chaque fois égale à celle du tronçon qui les porte. 12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lorsque les canalisations (1) sont constituées d'au moins deux tronçons de diamètres décroissants les compartiments (4) ont tous la même largeur, de préférence celle du plus petit diamètre de la canalisation. 13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les fermetures inférieures (8) des compartiments (4) sont constituées de planchers distincts des parois des canalisations. 14. Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les planchers (8) des compartiments sont horizontaux. 15. Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les planchers (8) des compartiments sont légèrement inclinés vers l'extérieur, en direction d'une rigole collectrice (10). 16. Dispositif suivant l'une quelconque des revendi cations 1 à 12, caractérisé en ce que les fermetures inférieures (8) des compartiments (4) sont constitués par la partie de la canalisation située sous les compartiments. 17. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce que les faces latérales (9) situées dans le prolongement des séparateurs de gouttes (5) sont des parois étanches. 18. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'ensemble des compartiments (4) d'une même section de canalisation est continu. 19. Dispositif suivant la revendication 18, caractérisé en ce que les panneaux des séparateurs (5) sont séparés uniquement par les éléments de support et en ce que deux compartiments contigus sont séparés uniquement par une seule cloison (6). 20. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que l'ensemble des compartiments (4) d'une même section de canalisation est discontinu, chaque compartiment (4) étant pourvu de ses propres cloisons (6). 21. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé par des moyens de communication entre compartiments (4) en vue de leur inspection. 22. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé par des moyens d'évacuation de l'eau retenue dans les compartiments (4) et les séparateurs de gouttes (5), ces moyens comportant une rigole (10) sous chaque séparateur (5), un canal (11) en communication avec ladite rigole (10) et un espace (13) compris entre le plancher (8) et la paroi de la canalisation (1), lequel espace est en communication avec l'extérieur par un conduit (14) menant à l'égout ou à toute autre destination voulue.

Inventors: LEMMENS, PIERRE LUCIEN, SCHWICKERT, MANFRED JOSEF
Applicants: HAMON-SOBELCO S.A.
Application year: 1985
Main classification: F28C1
IPC codes: F23J15, F28C1