EP4069399A1 - Installation d'épuration par voie humide de fumées d'échappement d'un moteur d'un navire marin - Google Patents

Installation d'épuration par voie humide de fumées d'échappement d'un moteur d'un navire marin

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EP4069399A1
EP4069399A1 EP20812097.2A EP20812097A EP4069399A1 EP 4069399 A1 EP4069399 A1 EP 4069399A1 EP 20812097 A EP20812097 A EP 20812097A EP 4069399 A1 EP4069399 A1 EP 4069399A1
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EP
European Patent Office
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washer
fumes
spray nozzles
scrubber
water
Prior art date
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Application number
EP20812097.2A
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German (de)
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Inventor
François VUONG
Bernard Siret
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Original Assignee
LAB SAS
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Publication date
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    • B01D2259/4566—Gas separation or purification devices adapted for specific applications for use in transportation means

Definitions

  • the present invention relates to an installation for the wet purification of exhaust fumes from an engine of a marine vessel.
  • this water usually being sea water, to which a neutralization reagent such as sodium hydroxide (NaOH), magnesia (MgO, Mg (OH) 2 ) or lime ( Ca (OH) 2 ), and which may also contain salts, resulting from the purification of fumes, and other solids.
  • a neutralization reagent such as sodium hydroxide (NaOH), magnesia (MgO, Mg (OH) 2 ) or lime ( Ca (OH) 2 ), and which may also contain salts, resulting from the purification of fumes, and other solids.
  • NaOH sodium hydroxide
  • MgO magnesia
  • Ca (OH) 2 lime
  • This water is admitted at the top from inside the scrubber, while the exhaust fumes to be purified are admitted at the bottom of the interior of the scrubber: the water flows downwards and meets the ascending fumes which, in contact with water, are purified by transferring the pollutants, in particular sulfur dioxide, which they contain.
  • Such a washer can be used with a lining which is either made up of rings or internals, introduced in bulk into the washer tower, or provided with a structured character, i.e. the lining has a pattern. repeating itself structurally in space.
  • transfer efficiency that is to say the ability to capture sulfur dioxide and, more generally, pollutants, reduced to the volume used in the scrubber, these packings are very good.
  • a lining is expensive and, above all, induces a substantial pressure drop and runs the significant risk of being quickly fouled, or even blocked by salt constructions.
  • heterogeneities may be due to a poor distribution of the flow of fumes entering the washer. Indeed, at the inlet of the washer, the flow of fumes is not possible coaxially with the washer, but is either operated laterally in the washer, or operated vertically through the bottom of the washer but then being deflected by an element which covers the outlet of the smoke supply duct to prevent water from entering this duct.
  • These heterogeneities can also be due to the fact that a significant part of the rainwater, in particular that sprayed near the side wall of the washer, reaches the side wall before reaching the bottom of the washer, therefore only participating. partially at transfer. The rainwater which thus reaches the side wall of the washer flows downwards along the latter, without participating in the purification of the fumes.
  • KR 2018/0125128 discloses a scrubber for exhaust fumes, in particular a marine scrubber.
  • This scrubber extends vertically and has a fume inlet duct at its base.
  • the washer is equipped with a distribution device for distributing, inside the washer, water in the form of falling rain.
  • the washer is provided with spray nozzles which each allow water to be sprayed in the form of a jet having a conical shape and directed towards the central axis of the washer, in being oriented perpendicular to the direction of flow of the fumes.
  • these conical jets are designed to ensure the cooling of the fumes entering the scrubber, by passing the temperature of these fumes from 250 ° C-300 ° C to 50 ° C-60 ° C, it is necessary that these jets cover the entire surface. cross-section of the scrubber, otherwise part of the fumes may present a temperature much too high when it reaches equipment downstream of the scrubber, which could damage these downstream equipment, and where it would come into contact with the rain falling from the distribution device, which could evaporate this rain before it desulphurizes the fumes.
  • KR 2018/0125128 plans to use specific equipment, separate from the aforementioned nozzles, namely a perforated distributor which is arranged downstream of the nozzles.
  • the object of the present invention is to provide a new arrangement for a marine rainwater scrubber, which, while being practical, makes it possible to improve the purification performance of this scrubber.
  • the invention relates to an installation for the wet purification of exhaust fumes from an engine of a marine vessel, as defined in claim 1.
  • One of the ideas at the basis of the invention is to use the water sent to the desulphurization scrubber for, in addition to being distributed inside the scrubber in the form of a rain, to form flat fan-shaped jets, which are sprayed both transversely to the vertical and down from the side wall of the washer.
  • the invention provides that these fan-shaped flat jets are respectively issued from ad hoc spray nozzles, distributed in one or more vertical levels, located between the device for distributing the rainwater and the bottom of the washer. Such spray nozzles do not clog, unlike protruding fixed structures inside the washer.
  • the flat fan jets cleverly make it possible both to better distribute the fumes inside the washer and to participate in the transfer of the pollutants contained in these fumes.
  • the fan-shaped flat jets tend to deflect the flow of fumes towards the central axis of the washer, by transfer of momentum, which corrects the profile of this flow in the washer downstream of the jets and which tends to substantially reduce, in a large area of the scrubber downstream of the jets, the inhomogeneity of the local flow rate ratio between the water and the fumes.
  • the smoke passes through the central region of the washer without being brought into contact with the water of the flat fan jets, another part of the smoke passes through the water veils formed by the flat fan jets. , which contributes to the transfer of pollutants present in these fumes.
  • the fan-shaped flat jets can advantageously be provided to be adjustable, in particular by adjusting the injection pressure of the spray nozzles.
  • the installation according to the invention thus exhibits remarkable purification performance, in the sense that the washing efficiency is improved, without resorting to complex arrangements and without inducing clogging of the interior. of the washer.
  • the inventors have established, by numerical simulation, that the installation in accordance with the invention has a washing efficiency that is much greater than that of an installation without the aforementioned spray nozzles.
  • Figure 1 is a schematic view of a purification plant according to the invention.
  • Figure 2 is an elevational view of part of the installation of Figure 1, taken along line II-II of Figure 1;
  • Figure 3 is a schematic section along the line III-III of Figure 1;
  • Figure 4 is a view similar to Figure 1, partially illustrating a variant of the installation.
  • FIGs 1 to 3 an installation for purifying, in particular desulphurizing, exhaust fumes 1 emitted by a diesel engine ensuring the propulsion of a marine vessel on which this installation is mounted.
  • Fumes 1 contain various pollutants, including sulfur dioxide (SO2).
  • the fumes 1, which come from the exhaust outlet of the aforementioned engine and which may have been the subject of denitrification and / or prior dedusting, are introduced into a desulfurization scrubber 10 by a duct 20.
  • the washer 10 is generally in the form of a tower which, in use, extends lengthwise vertically. At its base, the washer 10 has a bottom 11 from which extends upwards a side wall 12 of the washer, terminating in a top 13.
  • the side wall 12 defines a central geometric axis and delimits the cross section of the washer 10. : when the washer is in service, the aforementioned geometric axis extends vertically and the aforementioned cross section is horizontal.
  • the cross section of the washer 10 is circular, but this geometry is not limiting of the invention, in the sense that a square or rectangular shape is for example possible for this cross section.
  • the side wall 12 has an internal diameter of between 2 and 8 m.
  • the duct 20 opens laterally into the washer 10, at the base of the latter, in other words a little above the bottom 11 of the washer 10.
  • the outlet of the duct 20 in the washer 10 is thus located much closer vertically to the bottom 11 than to the top 13 of the washer 10 and is delimited through the side wall 12 occupying only a limited peripheral portion of the washer 10, as clearly visible in Figure 3.
  • the washer 10 is internally provided with a distribution device 30, provided at the top of the washer, being in particular located closer vertically to the top 13 than to the bottom 11.
  • This distribution device 30 is provided. to be supplied with water 2 and is designed to distribute, for example by spraying, this water inside the washer 10 in the form of a rain 3, that is to say in the form of drops falling towards the bottom in the washer 10.
  • This rain 3 circulates against the current of the fumes 1 rising inside the washer 10, so that, in contact with the water constituting the rain 3, these fumes 1 are purified by transfer into this water pollutants that these fumes contain, in particular sulfur dioxide that they contain.
  • the Thus purified fumes, referenced 4 are discharged from the washer 10, through the top 13 of the latter.
  • the distribution device 30 is based on a technology known per se and has an embodiment which is not limitative of the invention as long as the rain 3 that this device produces inside the washer 10 covers substantially the entire surface. cross section of this washer below the distribution device 30.
  • the device 30 comprises spray nozzles 31, which are distributed in one or more vertical stages, typically between one and four stages vertical, and which, at a given stage, are distributed substantially uniformly over the cross section of the washer, each of these spray nozzles 31 delivering water in the form of a solid cone or a cone hollow, consisting of drops which form the rain 3 and which have a size of, for example, between 50 ⁇ m and 3000 ⁇ m.
  • Figure 4 illustrates a variant of the installation, in which the fumes 1 are admitted into the washer 10 not laterally to the latter by a duct similar to the duct 20, but are admitted through the bottom 11 of the washer 10 by a conduit 21 which opens vertically into the bottom of the washer.
  • This duct 21 can, at least for its outlet, be advantageously arranged coaxially with the washer 10, as envisaged in FIG. 4.
  • the outlet of the duct 21 is capped with a protection device 22 which protects the duct 21. against the introduction of rain 3 while allowing the smoke 1 coming out of the duct to pass.
  • the guard 22 is shown in the form of a Chinese hat, but other arrangements are possible, as taught in the art.
  • the installation comprises spray nozzles 40 provided for spraying water 2 inside the washer 10 in the form of flat fan jets 5.
  • the spray nozzles 40 are arranged inside the washer 10 and are located between the outlet of the duct 20 or 21 and the dispensing device 30. In the embodiment considered on the figures, all the spray nozzles 40 occupy the same vertical level of the washer 10. In variants not shown, the spray nozzles 40 can be divided into several groups which respectively occupy different vertical levels of the washer 10, all located between the outlet of the duct 20 or 21 and the distribution device 30. In all cases, at the height of the or each level occupied by the spray nozzles 40, the latter are distributed over the side wall 12 of the washer 10, this distribution being advantageously provided in a substantially regular manner, as clearly visible in FIG. 3. Each spray nozzle 40 thus sprays its flat jet in fan 5 from the side wall 12 towards the central axis of the washer 10, as shown schematically in Figures 1 to 3.
  • Each spray nozzle 40 is provided so that the geometric plane, in which this spray nozzle emits its flat fan-shaped jet 5, is transverse to the vertical.
  • the aforementioned geometric plane is not vertical.
  • this aforementioned geometric plane corresponds to the plane of FIG. 2 and has a normal belonging to a vertical plane.
  • each flat fan-shaped jet 5 has an opening angle, which is formed between the "V" edges of the fan-shaped shape in the aforementioned corresponding geometric plane, this opening angle being denoted b on the figure. figure 2.
  • each spray nozzle 40 is also provided so that its flat fan-shaped jet 5 is oriented downwards, forming with respect to the vertical an angle of inclination, denoted a in FIG. 1, which is therefore strictly less. at 90 °.
  • a in FIG. 1 which is therefore strictly less. at 90 °.
  • Each of the fan-shaped flat jets 5 can be likened to a veil of water or a cascade of water, projected from the side wall 12 of the washer 10 transversely vertically, with both a vertical component, which is oriented towards the bottom. bottom, and a horizontal component, oriented towards the central axis of the washer.
  • the flat shape of these fan-shaped flat jets 5 is effective near the ejection outlet of the spray nozzles 40, then the shape of each of these jets tends to gradually round out as they move away from the nozzle. spray following a loss of kinetic energy and the effect of gravity, as shown schematically in Figure 1.
  • the fan-shaped flat jets 5 emitted by the spray nozzles 40 occupy a given vertical region of the scrubber 10 and cover, in vertical projection, a significant fraction of the cross section of the scrubber 10, as well illustrated in Figure 3.
  • significant fraction of the cross section of the scrubber 10 does not correspond to the entire cross section of the scrubber, in the sense that, as can be seen in Figures 1 and 3, the flat fan jets 5 cover only one region peripheral of the cross section of the scrubber 10, close to the side wall 12 of the scrubber, while the central region of the cross section of the scrubber, crossed by the central axis of the scrubber, is not covered.
  • the flat fan jets 5 are emitted by the spray nozzles 40 with a certain energy, they deflect the fumes 1 towards the central axis of the scrubber by transfer of momentum. This deflection of the fumes 1 corrects the flow profile of the fumes 1 in the scrubber, while, below the vertical level of the spraying 40, the flow of fumes 1 in the scrubber is inhomogeneous, in particular just downstream of the outlet of the duct 20 or 21. This inhomogeneity is due in particular to the way in which the fumes 1 are admitted into the washer 10: in fact, in the case of the lateral admission via the duct 20, the density of the fumes 1 tends to be greater in the part of the washer.
  • the protection device 22 tends to force the flow of the fumes 1 in the direction of the side wall 12 rather than in the central region of the washer 10.
  • the flat fan jets 5 act on the fumes 1 circulating at the level of the spray nozzles 40, by bringing these fumes towards the central axis of the washer.
  • the flow of the fumes 1 has a much more homogeneous profile, so that, over the entire vertical extent of the scrubber 10 between the level of the spray nozzles 40 and the distribution device 30, the local flow rate ratio between rainwater 3 and fumes 1 is also homogenized.
  • the flat fan jets 5 "veil" a substantial, but not total, fraction of the cross section of the scrubber 10 just below the vertical level of the spray nozzles 40, the fumes 1 split in two. parts, namely a part which crosses this level without coming into contact with the water of the flat fan jets, passing through the central region of the washer, and a significant part which crosses this level with an increased pressure drop while crossing the water cascades formed by these flat fan-shaped jets, which transfers the pollutants contained in this part of the fumes to the water 1.
  • This transfer additional to that which is carried out on all of the fumes 1 by rain 3, enhances the purification performance, in particular desulphurization, of the scrubber 10.
  • a first aspect concerns the individual peripheral coverage of the flat fan jets 5, by providing that the opening angle b is chosen between 90 ° and 150 °, with ad hoc arrangements of the spray nozzles 40.
  • a second aspect relates to the cumulative peripheral coverage of the fan-shaped flat jets 5, by adjusting the number of spray nozzles 40 for the or each level of these spray nozzles, in particular by providing between four and sixteen spray nozzles per level, from preferably between six and twelve spray nozzles per level.
  • a third aspect concerns the orientation of the flat fan jets 5 with respect to the vertical, by providing that the angle of inclination a is greater than 30 °, with ad hoc arrangements of the spray nozzles 40.
  • a fourth aspect relates to the "deflecting energy" which the flat fan jets 5 apply to the fumes 1, by providing that the spray nozzles 40 are adjustable with respect to the ejection pressure with which they spray the flat fan jets. 5, this ejection pressure being advantageously provided with a value of at least 1.5 bar relative.
  • a fifth aspect relates to the vertical spacing between the spray nozzles 40 and the dispensing device 30.
  • the spray nozzles 40 are not. positioned neither too close nor too far from the distribution device 30, more precisely from the lower stage of this distribution device when the latter includes several stages.
  • this vertical spacing is denoted D.
  • D this vertical spacing
  • the spacing D is advantageously between 1, 5 and 4 m.
  • a sixth aspect relates to the optimization of the use of water 2 within the scrubber 10.
  • the installation can be provided with a common water supply device 50, which makes it possible to supply both the distribution device 30 and the spray nozzles 40 with water 2, as schematically envisaged in FIG. 1.
  • This supply device 50 comprises for example an inlet 51, which is supplied with water 2 and which is connected both to the distribution device 30, by a conduit 52, and to the spray nozzles 40, by a conduit 53.
  • the supply device 50 makes it possible to adjust the flow rates of water respectively sent to the distribution device 30 and to the spray nozzles 40 from inlet 51, thus distributing the total flow d water 2 sent to the washer 10 in a controlled manner.
  • the fraction of the total water flow 2 sent to the spray nozzles 40 is to be expected. less than the fraction sent to the distribution device 30.
  • the device supply 50 is adapted to adjust the flow of water 2 supplying the spray nozzles 40 to a controlled value, advantageously between 4 and 20% of the total water flow rates respectively supplying the distribution device 30 and the nozzles spray. In all cases, this optimization of the use of water 2 leads to a gain in compactness.
  • FIGS. 1 to 4 can be combined with an appendix forming a diaphragm, as described in the introductory part of this document, in particular in the case where, between two successive jets following the side wall 12 of the washer 10 among the flat fan-shaped jets 5, there remains a space “not veiled” by these jets near the side wall 12, this space then being able to be at least partially filled by a peripheral portion of the appendix forming diaphragm.
  • the spray nozzles 40 are not subject to clogging by saline constructions, which is appreciable as regards the maintenance of the installation. in view of the fact that the washer 10 is essentially empty.

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Abstract

Cette installation comprend un laveur (10) qui s'étend à la verticale et à la base duquel débouche un conduit (20) d'admission de fumées (1). Elle comprend également un dispositif de distribution (30), agencé à l'intérieur du laveur et adapté pour distribuer de l'eau (2) sous forme d'une pluie (3) tombant vers le bas. Elle comprend aussi des buses de pulvérisation (40), qui sont agencées à l'intérieur du laveur, en occupant un ou plusieurs niveaux verticaux situés entre le débouché du conduit et le dispositif de distribution, et qui sont, à chaque niveau, réparties sur une paroi latérale (12) du laveur. Chacune des buses de pulvérisation est adaptée pour pulvériser de l'eau sous forme d'un jet plat en éventail (5), dont le plan est transversal à la verticale et qui est orienté vers le bas, de manière que les jets plats en éventail émis par les buses de pulvérisation s'écoulent, depuis la paroi latérale du laveur, à contre-sens de la direction ascendante des fumées dans le laveur et agissent sur les fumées circulant au niveau des buses de pulvérisation en ramenant ces fumées vers un axe central du laveur. Cette installation présente des performances d'épuration remarquables.

Description

Installation d’épuration par voie humide de fumées d’échappement d’un moteur d’un navire marin
La présente invention concerne une installation d’épuration par voie humide de fumées d’échappement d’un moteur d’un navire marin.
Dans le transport maritime, notamment de fret ou de passagers, les moteurs de propulsion des navires sont une source de pollution importante, notamment une source de dioxyde de soufre (SO2) qui est le principal responsable des pluies acides. Les émissions de dioxyde de soufre sont liées à la présence de soufre dans les carburants utilisés par les moteurs diesel assurant la propulsion des navires marins. L’Organisation Maritime Internationale, connue sous l’acronyme anglais IMO (pour « International Maritime Organization ») est à l’origine de réglementations qui tendent à limiter les émissions de dioxyde de soufre des fumées rejetées à l’atmosphère par les navires : actuellement, cette limitation équivaut à limiter la teneur en soufre des carburants à 0,5% en masse, cette limitation devant passer dans le futur à un équivalent de 0,1% de soufre en masse. Pour respecter de telles limitations, deux solutions principales sont envisageables : ou bien on utilise un carburant à très basse teneur en soufre, ou bien on utilise un carburant plus soufré et on opère des systèmes de traitement pour éliminer le dioxyde de soufre résultant de la combustion du soufre dans les moteurs marins.
Des alternatives existent, comme celle basée sur l’utilisation de moteurs dont le carburant est du gaz liquéfié ou du méthanol. Toutefois, ces alternatives comportent des inconvénients, tels que le stockage et la sécurité, qui sont particulièrement contraignants pour l’utilisation de gaz liquéfié. En pratique, il est plus rentable pour les armateurs d’équiper les navires dont les moteurs de propulsion utilisent du diesel, avec des systèmes de traitement des fumées d’échappement émises par ces moteurs, plutôt que de remplacer ces moteurs par une motorisation utilisant un carburant moins polluant.
La technologie la plus courante pour de tels systèmes de traitement des fumées est l’épuration par voie humide et consiste à utiliser un laveur, qui est embarqué sur le navire et dans lequel est dispersé un liquide de lavage ad hoc, usuellement à base d’eau de mer dont l’alcalinité naturelle est mise à profit pour neutraliser le dioxyde de soufre. Par la suite, dans tout le reste du présent document, ce liquide de lavage est appelé « eau », étant entendu que ce terme « eau » correspond à la liqueur aqueuse, à l’état liquide, qui sert à l’épuration de fumées dans un laveur, cette eau étant usuellement de l’eau de mer, à laquelle a pu être ajouté un réactif de neutralisation comme de la soude (NaOH), de la magnésie (MgO, Mg(OH)2) ou de la chaux (Ca(OH)2), et qui peut également contenir des sels, résultant de l’épuration des fumées, et d’autres solides. Cette eau est admise en haut de l’intérieur du laveur, tandis que les fumées d’échappement à épurer sont admises en bas de l’intérieur du laveur : l’eau s’écoule vers le bas et rencontre les fumées ascendantes qui, au contact de l’eau, sont épurées par transfert des polluants, en particulier du dioxyde de soufre, qu’elles contiennent. Ce type d’installation d’épuration par voie humide a l’avantage d’être simple à opérer.
Un tel laveur peut être utilisé avec un garnissage qui est soit constitué d’anneaux ou d’internes, introduits en vrac dans la tour du laveur, soit prévu avec un caractère structuré, c’est-à-dire que le garnissage présente un motif se répétant structurellement dans l’espace. En termes d’efficacité de transfert, c’est-à-dire de capacité à capter le dioxyde de soufre et, plus généralement, les polluants, ramenée au volume utilisé dans le laveur, ces garnissages sont très bons. Cependant, un tel garnissage est coûteux et, surtout, induit une perte de charge substantielle et court le risque important d’être rapidement encrassé, voire bouché par des constructions salines.
Il est donc souvent préféré d’utiliser des laveurs dits vides, dans lesquels l’eau est pulvérisée en haut du laveur sous forme d’une pluie qui, en tombant dans le laveur, rencontre les fumées ascendantes. Ces laveurs à eau en pluie présentent une grande hauteur pour que le temps de séjour de l’eau dans le laveur et donc le transfert entre les gouttes de pluie pulvérisées et les fumées à épurer soient suffisants. Pour optimiser ce transfert, il est souhaitable que la distribution des fumées et de l’eau dans le laveur soit la plus homogène possible. Cependant, on constate que le rapport de débit entre l’eau et les fumées, déterminé localement dans le laveur, présente généralement des valeurs fortement hétérogènes au sein du laveur, ce qui nuit fortement aux performances d’épuration du laveur. Ces hétérogénéités peuvent être dues à une maldistribution de l’écoulement des fumées en entrée du laveur. En effet, en entrée du laveur, l’écoulement des fumées n’est pas réalisable coaxialement au laveur, mais est soit opéré latéralement au laveur, soit opéré verticalement à travers le fond du laveur mais en étant alors dévié par un élément qui coiffe le débouché du conduit d’amenée des fumées pour éviter la pénétration d’eau dans ce conduit. Ces hétérogénéités peuvent aussi être dues au fait qu’une partie significative de l’eau en pluie, en particulier celle pulvérisée à proximité de la paroi latérale du laveur, atteint la paroi latérale avant d’atteindre le fond du laveur, ne participant donc que partiellement au transfert. L’eau en pluie qui atteint ainsi la paroi latérale du laveur ruisselle vers le bas le long de cette dernière, sans participer à l’épuration des fumées.
Pour remédier à cette situation, il est connu, notamment par WO 98/33576, d’installer un appendice, qui court sur toute la périphérie intérieure de la paroi latérale du laveur, en formant ainsi un diaphragme annulaire, et qui est situé à faible distance au- dessous du niveau de pulvérisation de l’eau en pluie. Ce diaphragme tend à guider l’écoulement des fumées vers l’axe central du laveur, en ramenant ainsi les fumées vers des régions à plus forte densité d’eau en pluie. Ce diaphragme peut aussi former un obstacle au ruissellement de l’eau le long de la paroi latérale du laveur, en décollant cette eau de la paroi latérale pour la réinjecter vers l’axe central du laveur, ce qui permet à cette eau d’opérer un transfert de façon similaire à ce qui se déroule avec un plateau cascade. Ceci étant, la structure de cet appendice formant diaphragme fait que, d’une part, les effets de ce dernier sont limités et non réglables et, d’autre part, l’appendice tend à s’encrasser par des constructions salines.
De son côté, KR 2018/0125128 divulgue un laveur pour des fumées d’échappement, en particulier un laveur marin. Ce laveur s’étend à la verticale et comporte, à sa base, un conduit d’admission de fumées. Dans sa partie haute, le laveur est équipé d’un dispositif de distribution permettant de distribuer, à l’intérieur du laveur, de l’eau sous forme d’une pluie tombante. Entre le débouché du conduit précité et le dispositif de distribution, le laveur est pourvu de buses de pulvérisation qui permettent chacune de pulvériser de l’eau sous forme d’un jet ayant une forme conique et dirigé vers l’axe central du laveur, en étant orienté à la perpendiculaire de la direction d’écoulement des fumées. Comme ces jets coniques sont prévus pour assurer le refroidissement des fumées entrant dans le laveur, en passant la température de ces fumées de 250°C-300°C à 50°C-60°C, il est nécessaire que ces jets couvrent toute la section transversale du laveur, faute de quoi une partie des fumées risque de présenter une température bien trop élevée au moment où elle atteindrait des équipements aval du laveur, ce qui pourrait endommager ces équipements aval, et où elle se retrouverait mise en contact avec la pluie tombant du dispositif de distribution, ce qui pourrait faire évaporer cette pluie avant qu’elle ne désulfure les fumées. Par ailleurs, pour résoudre la problématique de l’inhomogénéité de l’écoulement des fumées sur la section transversale du laveur en amont du dispositif de distribution, KR 2018/0125128 prévoit d’utiliser un équipement spécifique, distinct des buses précitées, à savoir un distributeur perforé qui est agencé en aval des buses.
Le but de la présente invention est de proposer un nouvel arrangement pour un laveur marin à eau en pluie, qui, tout en étant pratique, permet d’améliorer les performances d’épuration de ce laveur.
A cet effet, l’invention a pour objet une installation d’épuration par voie humide de fumées d’échappement d’un moteur d’un navire marin, telle que définie à la revendication 1.
Une des idées à la base de l’invention est d’utiliser l’eau envoyée au laveur de désulfuration pour, en plus d’être distribuée à l’intérieur du laveur sous forme d’une pluie, former des jets plats en éventail, qui sont pulvérisés à la fois transversalement à la verticale et vers le bas, et ce depuis la paroi latérale du laveur. L’invention prévoit que ces jets plats en éventail sont respectivement issus de buses de pulvérisation ad hoc, réparties en un ou plusieurs niveaux verticaux, situés entre le dispositif de distribution de l’eau en pluie et le fond du laveur. De telles buses de pulvérisation ne s’encrassent pas, à la différence de structures fixes protubérantes à l’intérieur du laveur. Les jets plats en éventail permettent astucieusement à la fois de mieux distribuer les fumées à l’intérieur du laveur et de participer au transfert des polluants contenus dans ces fumées. En effet, les jets plats en éventail tendent à défléchir l’écoulement des fumées vers l’axe central du laveur, par transfert de quantité de mouvement, ce qui rectifie le profil de cet écoulement dans le laveur en aval des jets et ce qui tend à réduire substantiellement, dans une zone étendue du laveur en aval des jets, l’inhomogénéité du rapport de débit local entre l’eau et les fumées. De plus, alors qu’une partie des fumées passe par la région centrale du laveur sans être mises en contact avec l’eau des jets plats en éventail, une autre partie des fumées traverse les voiles d’eau formés par les jets plats en éventail, ce qui contribue au transfert des polluants présents dans ces fumées. Ces effets des jets plats en éventail peuvent avantageusement être prévus réglables, notamment en ajustant la pression d’injection des buses de pulvérisation. Dans tous les cas, l’installation conforme à l’invention présente ainsi des performances d’épuration remarquables, dans le sens où l’efficacité du lavage est améliorée, sans recourir à des aménagements complexes et sans induire d’encrassement de l’intérieur du laveur. En particulier, les inventeurs ont établi, par simulation numérique, que l’installation conforme à l’invention présente une efficacité de lavage bien supérieure à celle d’une installation dépourvue des buses de pulvérisation précitées.
Des caractéristiques additionnelles avantageuses de l’installation conforme à l’invention sont spécifiées aux autres revendications.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique d’une installation d’épuration conforme à l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 est une vue en élévation d’une partie de l’installation de la figure 1 , selon la ligne ll-ll de la figure 1 ;
[Fig 3] la figure 3 est une coupe schématique selon la ligne lll-lll de la figure 1 ; et
[Fig 4] la figure 4 est une vue similaire à la figure 1 , illustrant partiellement une variante de l’installation.
Sur les figures 1 à 3 est représentée une installation permettant d’épurer, en particulier de désulfurer, des fumées d’échappement 1 émises par un moteur diesel assurant la propulsion d’un navire marin sur lequel est embarquée cette installation. Les fumées 1 contiennent divers polluants, dont du dioxyde de soufre (SO2).
Au niveau de cette installation, les fumées 1 , qui proviennent de la sortie d’échappement du moteur précité et qui peuvent avoir fait l’objet d’une dénitrification et/ou d’un dépoussiérage préalable, sont introduites dans un laveur de désulfuration 10 par un conduit 20.
Comme représenté schématiquement sur les figures 1 à 3, le laveur 10 se présente globalement sous la forme d’une tour qui, en service, s’étend en longueur à la verticale. A sa base, le laveur 10 présente un fond 11 depuis lequel s’étend vers le haut une paroi latérale 12 du laveur, se terminant par un sommet 13. La paroi latérale 12 définit un axe géométrique central et délimite la section transversale du laveur 10 : lorsque le laveur est en service, l’axe géométrique précité s’étend à la verticale et la section transversale précitée est horizontale. Comme bien visible sur les figures 2 et 3, dans la forme de réalisation considérée ici, la section transversale du laveur 10 est circulaire, mais cette géométrie n’est pas limitative de l’invention, dans le sens où une forme carrée ou rectangulaire est par exemple envisageable pour cette section transversale. A titre d’exemple, la paroi latérale 12 présente un diamètre intérieur compris entre 2 et 8 m.
Comme bien visible sur la figure 1 , le conduit 20 débouche latéralement dans le laveur 10, à la base de ce dernier, autrement dit un peu au-dessus du fond 11 du laveur 10. Le débouché du conduit 20 dans le laveur 10 est ainsi situé bien plus près verticalement du fond 11 que du sommet 13 du laveur 10 et est délimité au travers de la paroi latérale 12 en occupant seulement une portion périphérique limitée du laveur 10, comme bien visible sur la figure 3.
En service, les fumées 1 , admises par le conduit 20 à la base du laveur 10, circulent de manière ascendante à l’intérieur du laveur 10, depuis le fond 11 de ce dernier jusqu’à son sommet 13.
Comme représenté schématiquement sur la figure 1 , le laveur 10 est intérieurement pourvu d’un dispositif de distribution 30, prévu en haut du laveur, en étant notamment situé plus près verticalement du sommet 13 que du fond 11. Ce dispositif de distribution 30 est prévu pour être alimenté avec de l’eau 2 et est conçu pour distribuer, par exemple par pulvérisation, cette eau à l’intérieur du laveur 10 sous forme d’une pluie 3, c’est-à-dire sous forme de gouttes tombant vers le bas dans le laveur 10. Cette pluie 3 circule à contre- courant des fumées 1 montant à l’intérieur du laveur 10, de sorte que, au contact de l’eau constituant la pluie 3, ces fumées 1 sont épurées par transfert dans cette eau des polluants que ces fumées contiennent, en particulier du dioxyde de soufre qu’elles contiennent. Les fumées ainsi épurées, référencées 4, sont évacuées du laveur 10, au travers du sommet 13 de ce dernier.
Le dispositif de distribution 30 relève d’une technologie connue en soi et présente une forme de réalisation qui n’est pas limitative de l’invention du moment que la pluie 3 que ce dispositif produit à l’intérieur du laveur 10 couvre sensiblement toute la section transversale de ce laveur en dessous du dispositif de distribution 30. A titre d’exemple illustré à la figure 1 , le dispositif 30 comprend des buses de pulvérisation 31 , qui sont réparties en un ou plusieurs étages verticaux, typiquement entre un et quatre étages verticaux, et qui, au niveau d’un étage donné, sont réparties de manière sensiblement uniforme sur la section transversale du laveur, chacune de ces buses de pulvérisation 31 délivrant de l’eau sous forme d’un cône plein ou d’un cône creux, constitué de gouttes qui forment la pluie 3 et qui ont une taille comprise par exemple entre 50 pm et 3000 pm.
Avant de décrire le reste de l’installation, on notera que la configuration du conduit 20 illustrée par les figures 1 et 3 n’est pas limitative de l’invention. Ainsi, la figure 4 illustre une variante de l’installation, dans laquelle les fumées 1 sont admises dans le laveur 10 non pas latéralement à ce dernier par un conduit similaire au conduit 20, mais sont admises au travers du fond 11 du laveur 10 par un conduit 21 qui débouche verticalement dans le fond du laveur. Ce conduit 21 peut, au moins pour son débouché, être avantageusement agencé coaxialement au laveur 10, comme envisagé sur la figure 4. Dans tous les cas, le débouché du conduit 21 est coiffé d’un dispositif de protection 22 qui protège le conduit 21 contre l’introduction de la pluie 3 tout en laissant passer les fumées 1 sortant du conduit. Sur la figure 4, le dispositif de protection 22 est représenté sous forme d’un chapeau chinois, mais d’autres arrangements sont possibles, comme enseigné dans le domaine.
Selon l’invention, l’installation comporte des buses de pulvérisation 40 prévues pour pulvériser de l’eau 2 à l’intérieur du laveur 10 sous forme de jets plats en éventail 5.
Comme illustré schématiquement sur les figures 1 à 3, les buses de pulvérisation 40 sont agencées à l’intérieur du laveur 10 et sont situées entre le débouché du conduit 20 ou 21 et le dispositif de distribution 30. Dans l’exemple de réalisation considéré sur les figures, toutes les buses de pulvérisation 40 occupent un même niveau vertical du laveur 10. En variantes non représentées, les buses de pulvérisation 40 peuvent être réparties en plusieurs groupes qui occupent respectivement des niveaux verticaux différents du laveur 10, tous situés entre le débouché du conduit 20 ou 21 et le dispositif de distribution 30. Dans tous les cas, à la hauteur du ou de chaque niveau occupé par les buses de pulvérisation 40, ces dernières sont réparties sur la paroi latérale 12 du laveur 10, cette répartition étant avantageusement prévue de manière sensiblement régulière, comme bien visible sur la figure 3. Chaque buse de pulvérisation 40 pulvérise ainsi son jet plat en éventail 5 depuis la paroi latérale 12 vers l’axe central du laveur 10, comme indiqué schématiquement sur les figures 1 à 3.
Chaque buse de pulvérisation 40 est prévue pour que le plan géométrique, dans lequel cette buse de pulvérisation émet son jet plat en éventail 5, soit transversal à la verticale. Autrement dit, le plan géométrique précité n’est pas vertical. Dans la forme de réalisation envisagée sur les figures, ce plan géométrique précité correspond au plan de la figure 2 et présente une normale appartenant à un plan vertical. Dans tous les cas, chaque jet plat en éventail 5 présente un angle d’ouverture, qui est formé entre les bords en « V » de la forme en éventail dans le plan géométrique précité correspondant, cet angle d’ouverture étant noté b sur la figure 2.
De plus, chaque buse de pulvérisation 40 est également prévue pour que son jet plat en éventail 5 soit orienté vers le bas, en formant par rapport à la verticale un angle d’inclinaison, noté a sur la figure 1 , qui est donc strictement inférieur à 90°. Ainsi, les jets plats en éventail 5 sont émis par les buses de pulvérisation 40 en s’écoulant depuis la paroi latérale 12 du laveur 10 à contre-sens de la direction ascendante des fumées 1 .
Chacun des jets plats en éventail 5 peut être assimilé à un voile d’eau ou une cascade d’eau, projeté depuis la paroi latérale 12 du laveur 10 transversalement à la verticale, avec à la fois une composante verticale, qui est orientée vers le bas, et une composante horizontale, orientée vers l’axe central du laveur. Bien entendu, la forme plate de ces jets plats en éventail 5 est effective à proximité de la sortie d’éjection des buses de pulvérisation 40, puis la forme de chacun de ces jets tend à progressivement s’arrondir en s’éloignant de la buse de pulvérisation suite à une perte en énergie cinétique et à l’effet de la gravitation, comme représenté schématiquement sur la figure 1 . Conjointement, les jets plats en éventail 5 émis par les buses de pulvérisation 40 occupent une région verticale donnée du laveur 10 et couvrent, en projection verticale, une fraction significative de la section transversale du laveur 10, comme bien illustré par la figure 3. Cette fraction significative de la section transversale du laveur 10 ne correspond toutefois pas à la totalité de la section transversale du laveur, dans le sens où, comme bien visible sur les figures 1 et 3, les jets plats en éventail 5 ne couvrent qu’une région périphérique de la section transversale du laveur 10, à proximité de la paroi latérale 12 du laveur, tandis que la région centrale de la section transversale du laveur, traversée par l’axe central du laveur, n’est pas couverte.
Comme les jets plats en éventail 5 sont émis par les buses de pulvérisation 40 avec une certaine énergie, ils défléchissent les fumées 1 vers l’axe central du laveur par transfert de quantité de mouvement. Cette déflection des fumées 1 rectifie le profil d’écoulement des fumées 1 dans le laveur, alors que, au-dessous du niveau vertical des buses de pulvérisation 40, l’écoulement des fumées 1 dans le laveur est inhomogène, en particulier juste en aval du débouché du conduit 20 ou 21 . Cette inhomogénéité tient notamment à la façon dont les fumées 1 sont admises dans le laveur 10 : en effet, dans le cas de l’admission latérale par le conduit 20, la densité des fumées 1 a tendance à être plus forte dans la partie du laveur, opposée au conduit 20, par effet d’accumulation aéraulique ; dans le cas de l’admission verticale par le conduit 21 , le dispositif de protection 22 a tendance à forcer l’écoulement des fumées 1 en direction de la paroi latérale 12 plutôt que dans la région centrale du laveur 10. Quelles que soient les causes de l’inhomogénéité de l’écoulement des fumées 1 en partie basse du laveur 10, les jets plats en éventail 5 agissent sur les fumées 1 circulant au niveau des buses de pulvérisation 40, en ramenant ces fumées vers l’axe central du laveur. Au-dessus du niveau des buses de pulvérisation 40, l’écoulement des fumées 1 présente un profil bien plus homogène, de sorte que, sur toute l’étendue verticale du laveur 10 entre le niveau des buses de pulvérisation 40 et le dispositif de distribution 30, le rapport de débit local entre l’eau de la pluie 3 et les fumées 1 est lui aussi homogénéisé.
Par ailleurs, dans la mesure où les jets plats en éventail 5 « voilent » une fraction substantielle, mais pas totale, de la section transversale du laveur 10 juste en dessous du niveau vertical des buses de pulvérisation 40, les fumées 1 se répartissent en deux parties, à savoir une partie qui franchit ce niveau sans être mises en contact avec l’eau des jets plats en éventail, en passant par la région centrale du laveur, et une partie significative qui franchit ce niveau avec une perte de charge accrue en traversant les cascades d’eau formées par ces jets plats en éventail, ce qui transfère à l’eau des polluants contenus dans cette partie des fumées 1 . Ce transfert, additionnel à celui qui est opéré sur la totalité des fumées 1 par la pluie 3, renforce les performances d’épuration, notamment de désulfuration, du laveur 10.
Les effets des jets plats en éventail 5 qui viennent d’être détaillés sont avantageusement modulables en jouant sur divers aspects structurels et/ou opératoires des buses de pulvérisation 40.
Un premier aspect concerne la couverture périphérique individuelle des jets plats en éventail 5, en prévoyant que l’angle d’ouverture b est choisi entre 90° et 150°, moyennant des aménagements ad hoc des buses de pulvérisation 40.
Un deuxième aspect concerne la couverture périphérique cumulée des jets plats en éventail 5, en jouant sur le nombre de buses de pulvérisation 40 pour le ou chaque niveau de ces buses de pulvérisation, notamment en prévoyant entre quatre et seize buses de pulvérisation par niveau, de préférence entre six et douze buses de pulvérisation par niveau. On comprend que pour disposer d’un voilage d’eau étendu, davantage de buses de pulvérisation 40 sont à prévoir lorsque l’angle d’ouverture b est choisi petit, et inversement.
Un troisième aspect concerne l’orientation des jets plats en éventail 5 par rapport à la verticale, en prévoyant que l’angle d’inclinaison a soit supérieur à 30°, moyennant des aménagements ad hoc des buses de pulvérisation 40.
Un quatrième aspect concerne « l’énergie déflectrice » que les jets plats en éventail 5 appliquent aux fumées 1 , en prévoyant que les buses de pulvérisation 40 soient réglables en ce qui concerne la pression d’éjection avec laquelle elles pulvérisent les jets plats en éventail 5, cette pression d’éjection étant avantageusement prévue avec une valeur d’au moins 1 ,5 bar relatif.
Un cinquième aspect concerne l’écartement vertical entre les buses de pulvérisation 40 et le dispositif de distribution 30. En pratique, afin que les jets plats en éventail 5 produisent les effets décrits plus haut, il est souhaitable que les buses de pulvérisation 40 ne soient positionnées ni trop près, ni trop loin du dispositif de distribution 30, plus précisément de l’étage inférieur de ce dispositif de distribution lorsque ce dernier inclut plusieurs étages. Sur la figure 1 , cet écartement vertical est noté D. En effet, lorsque D est trop petit, les fumées 1 risquent de voir leur profil d’écoulement rectifié trop tard. Lorsque D est trop grand, le ruissellement d’eau le long de la paroi latérale 12, résultant du fait qu’une partie de la pluie 3 atteint cette paroi latérale 12, risque d’être trop significatif et de perturber l’écoulement des fumées 1. Ainsi, l’écartement D est avantageusement compris entre 1 ,5 et 4 m.
Un sixième aspect concerne l’optimisation de l’utilisation de l’eau 2 au sein du laveur 10. En effet, plutôt que d’alimenter avec de l’eau 2 le dispositif de distribution 30 et les buses de pulvérisation 40 de manière décorrélée, l’installation peut être prévue avec un dispositif d’alimentation en eau 50 commun, qui permet d’alimenter avec de l’eau 2 à la fois le dispositif de distribution 30 et les buses de pulvérisation 40, comme envisagé schématiquement sur la figure 1. Ce dispositif d’alimentation 50 comporte par exemple une arrivée 51 , qui est alimentée avec l’eau 2 et qui est reliée à la fois au dispositif de distribution 30, par un conduit 52, et aux buses de pulvérisation 40, par un conduit 53. Moyennant des éléments ad hoc, tels qu’un jeu de pompes et/ou de vannes, le dispositif d’alimentation 50 permet de régler les débits d’eau respectivement envoyés au dispositif de distribution 30 et aux buses de pulvérisation 40 depuis l’arrivée 51, en répartissant ainsi le débit total d’eau 2 envoyé au laveur 10 de manière maîtrisée. En particulier, dans la mesure où l’essentiel de l’épuration des fumées 1 est, de manière privilégiée, assuré par la pluie 3, la fraction du débit total d’eau 2, envoyée aux buses de pulvérisation 40, est à prévoir bien inférieure à la fraction envoyée au dispositif de distribution 30. Plus généralement, le dispositif d’alimentation 50 est adapté pour régler le débit d’eau 2 alimentant les buses de pulvérisation 40 à une valeur maîtrisée, avantageusement comprise entre 4 et 20% de la totalité des débits d’eau alimentant respectivement le dispositif de distribution 30 et les buses de pulvérisation. Dans tous les cas, cette optimisation de l’utilisation de l’eau 2 conduit à un gain en compacité.
On notera enfin que, suivant une variante non représentée, l’installation des figures 1 à 4 peut être combinée avec un appendice formant diaphragme, tel que décrit dans la partie introductive du présent document, en particulier dans le cas où, entre deux jets successifs suivant la paroi latérale 12 du laveur 10 parmi les jets plats en éventail 5, subsiste un espace « non voilé » par ces jets à proximité de la paroi latérale 12, cet espace pouvant alors être au moins partiellement comblé par une portion périphérique de l’appendice formant diaphragme. Dans tous les cas, on notera au passage que, comparativement à un tel appendice formant diaphragme, les buses de pulvérisation 40 ne sont pas sujettes à encrassement par des constructions salines, ce qui est appréciable pour ce qui concerne la maintenance de l’installation eu égard au fait que le laveur 10 est essentiellement vide.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation d’épuration par voie humide de fumées d’échappement d’un moteur d’un navire marin, laquelle installation comprend :
- un laveur de désulfuration (10), qui s’étend à la verticale, à la base duquel débouche un conduit (20 ; 21) d’admission de fumées (1 ) dans le laveur, et à l’intérieur duquel les fumées admises par le conduit circulent selon une direction ascendante,
- un dispositif de distribution (30), qui est agencé à l’intérieur du laveur et qui est adapté pour distribuer de l’eau (2) sous forme d’une pluie (3) tombant vers le bas dans le laveur, en y circulant à contre-courant des fumées, et
- des buses de pulvérisation (40), qui sont agencées à l’intérieur du laveur, en occupant un ou plusieurs niveaux verticaux situés entre le débouché du conduit et le dispositif de distribution, et qui sont, à ce ou chaque niveau, réparties sur une paroi latérale (12) du laveur, caractérisée en ce que chacune des buses de pulvérisation (40) est adaptée pour pulvériser de l’eau sous forme d’un jet plat en éventail (5), dont le plan est transversal à la verticale et qui est orienté vers le bas, de manière que les jets plats en éventail (5) émis par les buses de pulvérisation s’écoulent, depuis la paroi latérale (12) du laveur (10), à contre-sens de la direction ascendante des fumées dans le laveur et agissent sur les fumées circulant au niveau des buses de pulvérisation en ramenant ces fumées vers un axe central du laveur.
2. Installation suivant la revendication 1 , dans laquelle entre quatre et seize buses de pulvérisation (40) sont prévues pour le ou chaque niveau.
3. Installation suivant la revendication 2, dans laquelle entre six et douze buses de pulvérisation (40) sont prévues pour le ou chaque niveau.
4. Installation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le jet plat en éventail (5) est pulvérisé par chaque buse de pulvérisation (40) avec un angle d’ouverture (b) qui est compris entre 90° et 150°.
5. Installation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le jet plat en éventail (5) est pulvérisé par chaque buse de pulvérisation (40) en formant un angle d’inclinaison (a) par rapport à la verticale, qui est supérieur à 30°.
6. Installation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque buse de pulvérisation (40) est adaptée pour pulvériser le jet plat en éventail (5) avec une pression d’éjection réglable, valant au moins 1 ,5 bar relatif.
7. Installation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les buses de pulvérisation (40) sont distantes verticalement du dispositif de distribution (30) avec un écartement (D) compris entre 1,5 et 4 m.
8. Installation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’installation comporte en outre un dispositif d’alimentation en eau (50), qui est adapté à la fois pour alimenter avec de l’eau (2) le dispositif de distribution (30) et les buses de pulvérisation (40) et pour régler le débit d’eau alimentant les buses de pulvérisation (40) à une valeur comprise entre 4 et 20% de la totalité des débits d’eau alimentant respectivement le dispositif de distribution et les buses de pulvérisation.
9. Installation suivant l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le conduit (20) débouche latéralement dans le laveur (10).
10. Installation suivant l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans laquelle le conduit (21) débouche verticalement dans le fond du laveur (10), le débouché du conduit étant coiffé d’un dispositif de protection (22) qui protège le conduit contre l’introduction de la pluie (3) tout en laissant passer les fumées (1) sortant du conduit.
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