Installation de chaudière à combustible solide

Abstract

 Installation comprenant un foyer à lit fluidisé constitué par un support de fluidisation (3) au-dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire étant insufflé à travers ledit support (3) etun corps de chaudière à parois tubulaires surmontant ledit foyer.
Le foyer à lit fluidisé constitue un gazéificateur, le corps de chaudière (1) est divisé en deux parties superposées, respectivement inférieure (1a) et supérieure (1b), par une paroi transversale (2) commune, et il est prévu un circuit pour alimen- terau moins un brûleur (15) aménagé à la base de la partie supérieure (1 b) en gaz sortant de la partie inférieure (1 a), ledit brûleur étant simultanément alimenté en air secondaire, et ledit circuit comportant des moyens de dépoussiérage et de désulfuration.

Description

[0001] La présente invention concerne une chaudière à combustible solide, et plus particulièrement une chaudière à charbon ou tout autre combustible solide, schiste par exemple, ayant une teneur notablement élevée en soufre.

[0002] On connaît déjà une chaudière à combustible solide, notamment à charbon, comprenant un foyer à lit fluidisé constitué par un support de fluidisation au-dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire de combustion étant insuflé à travers ledit support, et un corps de chaudière à parois tubulaires surmnntant ledit foyer, une arrivée d'air secondaire étant prévue dans ledit corps de chaudière.

[0003] L'élimination du soufre pose un problème délicat. Cette élimination ne saurait être effectuée à proximité du foyer en raison de la température élevée qui est de l'ordre de 1200°C. On est alors amené à effectuer la désulfuration des fumées froides à la sortie de la chaudière. Il en résulte un certain nombre d'inconvénients. D'une part, le volume gazeux à traiter est considérable, d'autre part les conditions de température à cet endroit ne sont plus favorables à une désulfuration convenable, d'où la nécessité d'un réchauffage des fumées.

[0004] L'invention a surtout pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés.

[0005] Elle consiste essentiellement à appliquer la technique des lits fluidisés à la gazéification du combustible. A cet effet, elle prévoit de combiner un gazéificateur à une chaudière classique, à l'intérieur d'un même corps de chauffe à parois tubulaires à deux étages, les gaz produits par le gazéificateur étant, après désulfuration, brûlés dans l'étage supérieur formant chambre de combustion. L'invention applus précisément pour objet une installation de chaudière à combustible solide comprenant un foyer à lit fluidisé constitué par un support de fluidisation au-dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire étant insufflé à travers ledit support, et un corps de chaudière à parois tubulaires surmontant ledit foyer dont il est solidaire, caractérisée en ce que le foyer à lit fluidisé constitue un gazéificateur, en ce que le corps de chaudière est divisé en deux parties superposées, respectivement inférieure et supérieure, par une paroi transversale commune, et en ce qu'il est prévu un circuit pour alimenter au moins un brûleur aménagé à la base de la partie supérieure, en gaz sortant de la partie inférieure, ledit brûleur étant simultanément alimenté en air secondaire de combustion, et ledit circuit comportant des moyens de dépoussiérage et de désulfuration.

[0006] Le support de fluidisation est constitué par une grille mécanique mobile assurant la distribution de l'air de fluidisation et l'évacuation des mâchefers.

[0007] La paroi transversale est une paroi tubulaire formée par des plis des tubes verticaux du corps de chaudière.

[0008] Le moyen de dépoussiérage est avantageusement constitué par un cyclone apte à séparer du gaz les envols du foyer, lesdits envols étant recyclés dans ledit foyer.

[0009] Les moyens de désulfuration comprennent avantageusement un poste d'injection d'un agent désulfurant dans le circuit, en aval du cyclone de dépoussiérage, une section de circuit d'une longueur suffisante pour permettre d'assurer la réaction de désulfuration du gaz, et un cyclone apte à séparer du gaz les résidus de la réaction de désulfuration.

[0010] La section du circuit correspondant à la réaction de désulfuration du gaz présente la forme d'un U renversé.

[0011] Il est prévu un ventilateur pour alimenter en air, d'une part le foyer à lit fluidisé, d'autre part le brûleur.

[0012] Il est également prévu un réchauffeur d'air à la sortie du ventilateur, ledit réchauffeur d'air étant parcouru par les fumées évacuées par la chaudière.

[0013] Il est encore prévu, en aval du réchauffeur d'air une tuyauterie de dérivation permettant d'injecter directement une partie de l'air fourni par le ventilateur dans la partie inférieure du corps de chaudière.

[0014] Suivant une caractéristique de l'invention les cyclones de dépoussiérage et de séparation des résidus de désulfuration, solidaires des colonnes d'alimentation de la chaudière, forment avec celles-ci un ensemble suspendu à la charpente de l'installation, au même niveau que le corps de chaudière également suspendu à ladite charpente.

[0015] Dans le cas où la partie inférieure du corps de chaudière présente quatre sorties de gaz, les huit cyclones sont disposés autour dudit corps et montés sur un support en forme de cadre entourant ledit corps et fixé aux colonnes d'alimentation de la chaudière avec lesquelles il forme un ensemble suspendu dans les mêmes conditions que précédemment.

[0016] L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif.

La figure 1 représente schématiquement, en coupe-élévation l'installation de la chaudière ;

La figure 2 représente, de façon également schématique, une vue de l'ensemble suspendu ;

La figure 3 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 2 ;

La figure 4 représente, dans le cas particulier d'une installation comportant quatre sorties de gaz, une coupe du corps de chaudière effectuée au niveau des dites sorties, et une vue de dessus des circuits extérieurs au corps de chaudière.

La figure 5 représente, vu en plan, le support des cyclones drune telle installation.

[0017] Sur la figure 1, on voit un foyer à lit fluidisé surmonté d'un corps de chaudière 1 à parois tubulaires. Le corps 1 comporte deux parties superposées, respectivement inférieure 1 a et supérieure 1 b. Ces deux parties sont séparées par une paroi transversale commune 2. Ladite paroi est avantageusement constituée par des plis des tubes verticaux du cDrps de chaudière 1.

[0018] Le foyer à lit fluidisé comporta essentiellement un support de fluidisation 3 solidaire du corps de chaudière 1 au-dessus duquel vient se déverser le combustible, charbon par exemple, par une goulotte 4, et sous lequel vient souffler l'air primaire de fluidisation fourni par un ventilateur 5 puis réchauffé par un réchauffeur 6.

[0019] D'une façon particulièrement avantageuse, le support de fluidisation 3 est constitué par une grille mécanique mobile, sensiblement inclinée, apte à assurer la distribution de l'air et l'évacuation des mâchefers par la sortie 7.

[0020] Le gaz produit quitte le foyer à lit fluidisé à une température de l'ordre de 1200°. Il traverse la partie 1 a du corps de chaudière pour en être évacué par la tuyauterie 8, sensiblement au-dessous de la paroi 2, à une température d'environ 900° particulièrcment farorable à sa désulfuration. La partie 1 a joue, à cet égard, le rôle d'une chambre de refroidissement. La tuyauterie 8 amène le gaz à un cyclone de dépoussiérage 9 apte à séparer du gaz les envols du lit fluidisé essentiellement constitués par des imbrûlés et des cendres, ces dernières étant normalement évacuées avec les mâchefers. Ces envols se rassemblent à la partie inférieure du cyclone 9 d'où ils sont recyclés dans le lit fluidisé par la tuyauterie 10. Le gaz dépoussiéré est alors désulfuré. A cet effet, il est prévu, au-dessus du cyclone 9, un poste d'injection 11 d'un agent désulfurant de préférence à base de C0³Ca sous forme de.dolomie, de calcaire ou de craie par exemple. La réaction de désulfuration se produit le long de la tuyauterie 12 du circuit de gaz. Cette tuyauterie doit présenter une longueur suffisante pour assurer une désulfuration aussi complète que possible. Elle présente avantageusement la forme d'un U renversé dont la branche descendante amène le gaz à l'entrée du cyclone 13 qui assure la séparation des résidus de la réaction de désulfuration : CaS, CaO et CO³Ca en excès par exemple. Le gaz propre et désulfuré sort du cyclone 13 par la tuyauterie 14 qui l'amène à un brûleur 15 aménagé à la base de la partie supérieure 1 b du corps de chaudière. Le brûleur 15 est simultanément alimenté en air secondaire de combustion par la tuyauterie 16 qui est branchée en 17 sur la tuyauterie 18 d'alimentation en air primaire de fluidisation. La partie supérieure 1 b constitue une chambre de combustion de chaudière classique. Les fumées sortant de cette chambre chauffent des faisceaux surchauffeurs 19 et économiseurs 20 pluis l'air traversant le réchauffeur 6.

[0021] Une tuyauterie 21 branchée sur la tuyauterie 18 par exemple en amont du-point 17 permet, le cas échéant, d'amener directement une certaine quantité d'air dans la partie inférieure 1 a. Cela permet de modifier la quantité d'air secondaire admise au brûleur 15. Cette possibilité est particulièrement avantageuse lorsque l'installation fonctionne à régime réduit, pour réaliaer use scmbustion secondaire partielle dans la partie 1 b du corps de chaudière, ayant pour effet de limiter la baisse de température du gaz sortant de 1 a et de ne pas trop s'éloigner de la plage de température favorable à la désulfuration du gaz.

[0022] Les figures 2 et 3 illustrent le montage de l'installation. Pour des raisons de clarté on a simplement tracé le contour de la chaudière 1 et on a supprimé les différents éléments du circuit d'air.

[0023] La charpente de l'installation comprend quatre poteaux tels que 22 à la partie supérieure desquels sont montées des poutres horizontales, telles que 23, supportant des entretoises 24 auxquelles sont supendus tous les éléments de la chaudière (hallon, collecteurs, parois) ainsi que le support 25 des cyclones 9 et 13, par l'intermédiaire des colonnes d'alimentation, telles que 27, de la chaudière qui sont au moins au nombre de deux.

[0024] Ces colonnes 27 sont alimentées en eau à leur partie supérieure par des tuyauteries tellces que 28 issues du ballon 30 de la chaudière. Elles alimentent à leur tour la base de la chaudière par l'intermédiaire des tuyauteries 29. L'intérêt de ce mode de supportage provient du fait que, d'une part les colonnes d'alimentation 27, parcourues par l'eau de la chaudière, sont pratiquement à la même température que les tubes qui constituent les parois du corps 1 de la chaudière, et que d'autre part, ces colonnes, suspendues à un même support (entretoises 24) que la chaudière, se dilatent vers le bas de la même façon que celle-ci, les origines des dilatations étant pratiquement situées dans le même plan horizontal.

[0025] Il en résulte que les cyclones conservent en toutes circonstances leur position relative vis-à-vis du corps de chaudière 1, c'est-à-dire respectivement en face de l'orifice de sortie de la partie 1 a du corps et en face du brûleur 15.

[0026] Les figures 4 et 5 concernent un mode de réalisation particulier suivant lequel la partie inférieure 1 a du corps de chaudière présente quatre sorties de gaz. Chaque sortie de gaz est alors associée à un circuit complet allant de ladite sortie au brûleur correspondant. Les éléments constitutifs de chaque circuit comprennent une tuyauterie telle que 8, un cyclone de dépoussiérage tel que 9, une tuyauterie de désulfuration telle que 12, un cyclone de séparation des résidus de désulfuration tel que 13, une tuyauterie telle que 14 et un brûleur tel que 15. Ces différents éléments sont représentés sur les figures 4 et 5 affectés des indices a, b, c,et d. On voit que chaque tuyauterie de sortie 8 c par exemple est reliée à un brûleur associé 15 c qui est aménagé sur la face adjacente de la paroi tubulaire de la chaudière et non sur la même face. La figure 5 illustre les supportages des huit cyclones montés sur un cadre 26 entourant le corps de chaudière et suspendu comme ce dernier, à l'ensemble des supports 24 par l'intermédiaire des colonnes d'alimentation 27 sur lesquelles il est accroché.

[0027] Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle ne lui est en rien limitée et que des modifications pourrnnt lui être apportées sans sortir de son domaine. On pourra notamment remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre l'exemple décrit, ses différentes variantes de réalisation.

Revendications

1. Installation de chaudière à combustible solide comprenant un foyer à lit fluidisé constitué par un support de fluidisation (3) au-dessus duquel est déversé le combustible, de l'air primaire étant insufflé à travers ledit support, et un corps de chaudière (1) à parois tubulaires surmontant ledit foyer dont il est solidaire, caractérisée en ce que le foyer à lit fluidisé constitue un gazéificateur, en ce que le corps de chaudière (1) est divisé en deux parties superposées, respectivement inférieure (1 a) et supérieure (1 b), par une paroi transversale (2) commune, et en ce qu'il est prévu un circuit pour alimenter au moins un brûleur (15) aménagé à la base de la partie supérieure (1 b), en gaz sortant de la partie inférieure (1 a), ledit Drûleur étant simultanément alimenté en air secondaire de combustion, et ledit circuit comportant des moyens de dépoussiérage et de désulfuration.

2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le support de fluidisation (3) est constitué par une grille mécanique mobile assurant la distribution de l'air de fluidisation et l'évacuation des mâchefers.

3. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi transversale (2) est une paroi tubulaire formée par des plis des tubes verticaux du corps de chaudière (1).

4. Installation suivant l'une des revedications 1 à 3, caractérisée en ce que le moyen de dépoussiérage est constitué par un cyclone (9) apte à séparer du gaz les envols du foyer, les dits envols étant recyclés dans ledit foyer.

5. Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de désulfuration comprennent un poste (11) d'injection d'un agent désulfurant dans le circuit, en aval du cyclone de dépoussiérage (9), une section de circuit (12) d'une longueur suffisante pour permettre d'assurer la réaction de désulfuration du gaz,et un syclone (13) apte à séparer du gaz les résidus de la réaction de désulfuration.

6. Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que la section (12) du circuit correspondant à la réaction de désulfuration présente la forme d'un U renversé.

7. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'il est prévu un ventilateur (5) pour alimenter en air, d'une part le foyer à lit fluidisé, d'autre part le brûleur (15).

8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'il est prévu un réchauffeur d'air (6) à la sortie du ventilateur (5), ledit réchauffeur d'air étant parcouru par les fumées évacuées par la chaudière.

9. Installation suivant les revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'il est prévu, en aval du réchauffeur d'air (6), une tuyauterie de dérivation (21) permettant d'injecter directement une partie de l'air fourni par le ventilateur (5) dans la partie inférieure (1 a) du corps de chaudière (1).

10. Installation suivant l'une des revendications 1 à 9, suivant laquelle le corps de chaudière (1) est suspendu à la charpente de ladite installation, caractérisée en ce que les cyclones de dépoussiérage (9) et de séparation des résidus de désulfuration (13), solidaires des colonnes d'alimentation (27) de la chaudière, forment avec celles-ci un ensemble suspendu à la charpente, au même niveau que le corps de chaudière (1).

11. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce qu'il est prévu quatre sorties de gaz de la partie inférieure (1 a) du corps de chaudière (1), et en ce que les huit cyclones sont disposés autour du dit corps et montés sur un cadre (26) entourant ledit corps, et fixé aux colonnes d'alimentation (27) de la chaudière, avec lesquelles il forme un ensemble suspendu à la charpente, au même niveau que le corps de chaudière (1).

Dessins