EP0080399A1 - Installation de chaudière à combustible solide - Google Patents
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- F23J15/027—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using cyclone separators
Definitions
- the present invention relates to a solid fuel boiler, and more particularly a coal boiler or any other solid fuel, shale for example, having a significantly high sulfur content.
- a solid fuel boiler in particular a coal boiler, comprising a fluidized bed hearth constituted by a fluidization support above which the fuel is poured, primary combustion air being blown through said support, and a boiler body with tubular walls over said hearth, a secondary air inlet being provided in said boiler body.
- the main object of the invention is to avoid the above-mentioned drawbacks.
- the invention is specifically applied to a solid fuel boiler installation comprising a fluidized bed hearth constituted by a fluidization support above which the fuel is poured, primary air being blown through said support, and a body boiler with tubular walls surmounting said hearth of which it is integral, characterized in that the fluidized bed hearth constitutes a gasifier, in that the boiler body is divided into two superimposed parts, respectively lower and upper, by a common transverse wall , and in that a circuit is provided for supplying at least one burner arranged at the base of the upper part, with gas leaving the lower part, said burner being simultaneously supplied with secondary combustion air, and said circuit comprising dust removal and desulfurization means.
- the fluidization support is constituted by a mobile mechanical grid ensuring the distribution of the fluidization air and the evacuation of bottom ash.
- the transverse wall is a tubular wall formed by folds of the vertical tubes of the boiler body.
- the dedusting means advantageously consists of a cyclone capable of separating the flue gases from the hearth from the gas, said takeoffs being recycled into said hearth.
- the desulphurization means advantageously include a station for injecting a desulphurizing agent into the circuit, downstream of the dedusting cyclone, a circuit section of a length sufficient to allow the gas desulphurization reaction to be ensured, and a cyclone capable of separating the residues from the desulfurization reaction from the gas.
- the section of the circuit corresponding to the gas desulfurization reaction has the shape of an inverted U.
- a fan is provided to supply air, on the one hand the fluidized bed hearth, on the other hand the burner.
- An air heater is also provided at the outlet of the fan, said air heater being traversed by the fumes discharged by the boiler.
- bypass piping allowing direct injection of part of the air supplied by the fan into the lower part of the boiler body.
- the cyclones for dedusting and separating the desulfurization residues, integral with the supply columns of the boiler, form therewith an assembly suspended from the frame of the installation, at the same level as the boiler body also suspended from said frame.
- the eight cyclones are arranged around said body and mounted on a support in the form of a frame surrounding said body and fixed to the supply columns of the boiler with which it forms an assembly suspended under the same conditions as above.
- FIG 1 we see a fluidized bed hearth surmounted by a boiler body 1 with tubular walls.
- the body 1 has two superimposed parts, respectively lower 1 a and upper 1 b. These two parts are separated by a common transverse wall 2.
- Said wall is advantageously constituted by folds of the vertical tubes of the boiler cDrps 1.
- the fluidized bed hearth essentially comprised a fluidization support 3 integral with the boiler body 1 above which the fuel, coal for example, is poured out, through a chute 4, and under which the primary fluidization air supplied by a fan 5 then heated by a heater 6.
- the fluidization support 3 is constituted by a movable mechanical grid, substantially inclined, capable of ensuring the distribution of air and the evacuation of bottom ash through outlet 7.
- the gas produced leaves the fluidized bed hearth at a temperature of the order of 1200 °. It passes through part 1a of the boiler body in order to be evacuated therefrom by the piping 8, substantially below the wall 2, at a temperature of approximately 900 ° which is particularly farrable at its desulfurization. Part 1a plays, in this respect, the role of a cooling chamber.
- the piping 8 brings the gas to a dedusting cyclone 9 capable of separating from the gas the flights from the fluidized bed essentially constituted by unburnt materials and ashes, the latter being normally evacuated with clinkers. These flights collect at the bottom of the cyclone 9 from where they are recycled into the fluidized bed by the pipe 10. The dedusted gas is then desulfurized.
- an injection station 11 for a desulfurizing agent preferably based on C0 3 Ca in the form of dolomite, limestone or chalk for example.
- the desulfurization reaction takes place along the piping 12 of the gas circuit.
- This piping must have a sufficient length to ensure as complete desulphurization as possible. It advantageously has the form of an inverted U, the descending branch of which brings the gas to the inlet of cyclone 13 which ensures the separation of the residues from the desulfurization reaction: CaS, CaO and CO 3 Ca in excess for example.
- the clean and desulphurized gas leaves the cyclone 13 via the pipe 14 which brings it to a burner 15 arranged at the base of the upper part 1b of the boiler body.
- the burner 15 is simultaneously supplied with secondary combustion air by the pipe 16 which is connected at 17 to the pipe 18 for supplying primary fluidization air.
- the upper part 1b constitutes a conventional boiler combustion chamber. The fumes leaving this chamber heat superheater bundles 19 and economizers 20 and the air passing through the heater 6.
- a pipe 21 connected to the pipe 18 for example upstream of the point 17 makes it possible, if necessary, to directly bring a certain amount of air into the lower part 1a. This makes it possible to modify the quantity of secondary air admitted to the burner 15. This possibility is particularly advantageous when the installation is operating at reduced speed, to achieve partial secondary scusting in part 1 b of the boiler body, having the effect of limiting the drop in temperature of the gas leaving by 1 a and not going too far from the favorable temperature range gas desulphurization.
- FIGS 2 and 3 illustrate the installation of the installation. For reasons of clarity, the outline of the boiler 1 has simply been traced and the various elements of the air circuit have been removed.
- the frame of the installation includes four posts such as 22 at the top of which are mounted horizontal beams, such as 23, supporting spacers 24 which are suspended all the elements of the boiler (hallon, collectors, walls) as well as the support 25 of cyclones 9 and 13, via supply columns, such as 27, of the boiler which are at least two in number.
- These columns 27 are supplied with water at their upper part by pipes such as 28 coming from the balloon 30 of the boiler. They in turn supply the base of the boiler via the pipes 29.
- the advantage of this support method comes from the fact that, on the one hand, the supply columns 27, traversed by the water from the boiler , are practically at the same temperature as the tubes which constitute the walls of the body 1 of the boiler, and that on the other hand, these columns, suspended from the same support (spacers 24) as the boiler, expand downwards from the same way as this one, the origins of the dilations being practically located in the same horizontal plane.
- FIGS. 4 and 5 relate to a particular embodiment according to which the lower part 1a of the boiler body has four gas outlets. Each gas outlet is then associated with a complete circuit going from said outlet to the corresponding burner.
- the components of each circuit include a pipe such as 8, a dedusting cyclone such as 9, a desulfurization pipe such as 12, a cyclone for separating desulfurization residues such as 13, a pipe such as 14 and a burner such that 15.
- FIGS. 4 and 5 assigned the indices a, b, c, and d.
- each outlet pipe 8 c for example is connected to an associated burner 15 c which is arranged on the adjacent face of the tubular wall of the boiler and not on the same face.
- FIG. 5 illustrates the supports of the eight cyclones mounted on a frame 26 surrounding the boiler body and suspended like the latter, from all of the supports 24 via the supply columns 27 on which it is hung.
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Abstract
Description
- 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.
- 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.
- 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.
- L'invention a surtout pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés.
- 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.
- Le support de fluidisation est constitué par une grille mécanique mobile assurant la distribution de l'air de fluidisation et l'évacuation des mâchefers.
- La paroi transversale est une paroi tubulaire formée par des plis des tubes verticaux du corps de chaudière.
- 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.
- 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.
- La section du circuit correspondant à la réaction de désulfuration du gaz présente la forme d'un U renversé.
- Il est prévu un ventilateur pour alimenter en air, d'une part le foyer à lit fluidisé, d'autre part le brûleur.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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