FR2956723A1 - Procede et installation pour refroidir des fumees de combustion et/ou des gaz chauds. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et une installation pour refroidir des fumées de combustion et/ou des gaz chauds, ledit procédé consistant à: - faire circuler les fumées et/ou les gaz chauds (F) à l'intérieur d'une chambre de refroidissement (1), - injecter, dans la chambre de refroidissement (1), un liquide de refroidissement (L) sur les fumées et/ou gaz chauds (F) de manière à les refroidir, - faire circuler les fumées et/ou gaz refroidis (F') dans un bac (3) relié à la chambre de refroidissement (1), ledit bac étant pourvu d'une entrée (3a, 12) par laquelle pénètrent le liquide de refroidissement (L) et les fumées et/ou gaz refroidis, et d'une sortie (3b) par laquelle s'évacuent lesdites fumées et/ou gaz refroidis (F'), - transférer, en cas de besoin, un liquide (L') contenu dans un volume de réserve (4) vers le bac de récupération (3), de manière à obturer l'entrée (12) et/ou la sortie (3b) de ce dernier en formant un barrage liquide qui a pour effet d'empêcher la circulation des fumées et/ou gaz en aval de la chambre de refroidissement (1).
Description
PROCEDE ET INSTALLATION POUR REFROIDIR DES FUMÉES DE COMBUSTION ET/OU DES GAZ CHAUDS Description Domaine technique de l'invention. La présente invention a pour objet un procédé permettant de refroidir des fumées de combustion et/ou des gaz chauds. Elle concerne également une 10 installation industrielle permettant de mettre en oeuvre un tel procédé.
L'invention concerne le domaine technique des équipements permettant d'abaisser rapidement la température des fumées industrielles de combustion et/ou de gaz chaud (par exemple issus de crackage de produit pétrolier) avant 15 leur traitement postérieur. Ce type d'équipement est plus connu de l'homme du métier par le terme anglais « Quench », qui se traduit littéralement par « Trempe ».
20 État de la technique. Dans les procédés industriels, il est courant d'obtenir des fumées de combustion et/ou des gaz chauds issus du foyer d'un brûleur, d'une chaudière, d'un four, de tous procédés thermiques (par exemple crackage), etc. 25 Ces gaz chauds doivent généralement être refroidis et/ou traités. En particulier, lorsque les gaz chauds sont issus de la combustion de produits chlorés, fluorés, soufrés ou d'hydrocarbures, ils contiennent des halogènes et/ou des dérivés halogénés et/ou des résidus soufrés et/ou des métaux lourds, 30 etc. On comprend aisément que pour des considérations écologiques, il n'est 2956723 -2
pas souhaitable de rejeter ces gaz chauds tels quels dans l'atmosphère et qu'il est nécessaire de bloquer leur cinétique de réaction. Egalement, si des gaz brûlants sont rejetés dans l'atmosphère, ils se condensent au niveau de la sortie des cheminées et entraînent vers le sol une partie des polluants qu'ils 5 contiennent.
L'étape de traitement et l'étape de refroidissement sont généralement réalisées en même temps, en pulvérisant un liquide de refroidissement spécifique sur les gaz chauds. Le document brevet FR 2.694.707 (AQUAFRANCE) décrit une installation industrielle où sont combinées ces deux étapes de traitement et de refroidissement. Les documents brevets EP 0.598.639 (RHONE-POULENC) ou FR 2.086.574 (PECHINEY-SAINT GOBAIN) décrivent d'autres installations industrielles où les gaz chauds issus d'un brûleur sont refroidis par un dispositif de trempe.
Dans ces installations connues de l'art antérieur, les gaz chauds sont introduits dans une chambre de refroidissement (ou Quench), un liquide étant pulvérisé dans ladite chambre de manière à refroidir brusquement lesdits gaz chauds (trempe thermique). Cette chambre de refroidissement est située entre le foyer (dont sont issus les gaz chauds) et la cheminée. Les gaz chauds circulent naturellement ou de manière forcée entre le foyer et la cheminée et donc dans la chambre de refroidissement. Il est courant que les équipements (par exemple les conduits, les dispositifs de traitement chimique des gaz chauds, ...) disposés en aval de la chambre de refroidissement soient fabriqués sur des bases plastiques.
Dans la pratique, les gaz chauds peuvent arriver dans la chambre de refroidissement à une température pouvant atteindre 3000°C. Si la chambre de refroidissement vient à ne plus fonctionner correctement, ces gaz chauds risquent de détériorer gravement les équipements disposés en aval de ladite - 3
chambre. En cas d'anomalie, il est donc nécessaire de pouvoir empêcher la circulation des gaz chauds en aval de la chambre de refroidissement.
En outre, étant soumise à de telles contraintes thermiques, la paroi interne de la chambre qui est située au-dessus du dispositif de pulvérisation du liquide de refroidissement, se détériore inévitablement dans le temps. Il s'en suit une maintenance régulière de la chambre de refroidissement afin de contrôler l'usure des parois et un changement fréquent (tous les quatre ou cinq ans en moyenne) desdites parois. Cette usure est d'autant plus accélérée que les gaz chauds contiennent des polluants corrosifs.
Face à cet état des choses, l'objectif principal que vise à atteindre l'invention est de proposer une technique permettant d'empêcher la circulation des gaz chauds en aval de la chambre de refroidissement en cas d'anomalie de fonctionnement.
Un autre objectif de l'invention, est de proposer une chambre de refroidissement nécessitant moins de maintenance et dont la paroi interne en contact avec les gaz chauds est changée moins fréquemment que celles de l'art antérieur.
Divulgation de l'invention.
La solution proposée par l'invention est un procédé pour refroidir des fumées de combustion et/ou des gaz chauds, ledit procédé consistant à : - faire circuler les fumées et/ou les gaz chauds à l'intérieur d'une chambre de refroidissement, - injecter, dans la chambre de refroidissement, un liquide de refroidissement sur les fumées et/ou gaz chauds de manière à les refroidir, 2956723 -4
- faire circuler les fumées et/ou gaz refroidis dans un bac relié à la chambre de refroidissement, ledit bac étant pourvu d'une entrée par laquelle pénètrent le liquide de refroidissement et les fumées et/ou gaz refroidis, et d'une sortie par laquelle s'évacuent lesdites fumées et/ou gaz refroidis, 5 - transférer, en cas de besoin, un liquide contenu dans un volume de réserve vers le bac de récupération, de manière à obturer l'entrée et/ou la sortie de ce dernier en formant un barrage liquide qui a pour effet d'empêcher la circulation des fumées et/ou gaz chauds en aval de la chambre de refroidissement. Le fait de noyer le bac de récupération est une solution qui permet de 10 stopper simplement et rapidement la circulation des gaz en aval du bac de récupération.
Le liquide contenu dans le volume de réserve est préférentiellement injecté dans la chambre de refroidissement avant de pénétrer dans le bac de 15 récupération. De cette manière, la chambre de refroidissement continue d'être protégée contre les agressions des fumées et/ou gaz chauds qui pourraient rester bloqués dans ladite chambre de refroidissement.
Le liquide de refroidissement injecté dans la chambre de refroidissement 20 provient préférentiellement du bac de récupération.
Selon un premier mode de réalisation, le liquide contenu dans le volume de réserve provient avantageusement du bac de récupération. De cette manière, on évite de faire varier le titre du liquide injecté dans la chambre de 25 refroidissement. En fonctionnement normal, on prévoit donc qu'une partie du liquide de refroidissement contenu dans le bac de récupération soit dirigée en continu vers le volume de réserve. Egalement, on assure une recirculation continue du liquide de refroidissement de façon à ce que le titre du liquide injecté dans la chambre de 30 refroidissement soit constamment le même dans le volume de réserve et dans le bac de récupération. Pour ce faire, en fonctionnement normal, une partie du - 5
liquide contenu dans le volume de réserve est redirigée en continu vers le bac de récupération.
Selon un second mode de réalisation où le titre du liquide contenu dans le bac de récupération et celui contenu dans le volume de réserve n'est pas essentiel, le liquide contenu dans ledit volume de réserve peut provenir d'une source distincte dudit bac de récupération.
Un autre aspect de l'invention concerne une installation de refroidissement de fumées de combustion et/ou de gaz chauds, ladite installation comportant : - une chambre de refroidissement à l'intérieur de laquelle les fumées et/ou les gaz chauds circulent, ladite chambre étant pourvue d'un moyen pour injecter un liquide de refroidissement sur lesdites fumées et/ou gaz chauds de manière à les refroidir, - un bac de récupération relié à la chambre de refroidissement et dans lequel circulent les fumées et/ou gaz refroidis, ledit bac étant pourvu d'une entrée par laquelle pénètrent le liquide de refroidissement et lesdites fumées et/ou gaz refroidis, et d'une sortie par laquelle s'évacuent lesdites fumées et/ou gaz refroidis, - un volume de réserve de liquide. Conformément à l'invention, cette installation comporte un moyen pour transférer, en cas de besoin, le liquide contenu dans le volume de réserve vers le bac de récupération, de manière à obturer l'entrée et/ou la sortie de ce dernier en formant un barrage liquide qui a pour effet d'empêcher la circulation des fumées et/ou gaz en aval de la chambre de refroidissement.
Dans une première variante de réalisation de l'installation, la chambre de refroidissement présente une extrémité par laquelle les fumées et/ou gaz refroidis entrent dans le bac de récupération, ladite extrémité pénétrant à 2956723 -6
l'intérieur dudit bac de façon à être obturée par un barrage liquide lorsque le liquide contenu dans le volume de réserve est transféré vers ledit bac.
Dans une seconde variante de réalisation de l'installation, la sortie du 5 bac de récupération présente une extrémité pénétrant à l'intérieur dudit bac de façon à être obturée par un barrage liquide lorsque le liquide contenu dans le volume de réserve est transféré vers ledit bac.
Quelque soit le mode de réalisation de l'installation, la chambre de 10 refroidissement est préférentiellement pourvue d'un fourreau délimitant une enceinte à l'intérieur de laquelle les fumées et/ou gaz chauds circulent. Ce fourreau est préférentiellement réalisé en graphite poreux. Dans ce cas, le liquide de refroidissement est mis sous pression contre la paroi externe du fourreau de manière à ce qu'une partie dudit liquide traverse ledit fourreau et 15 suinte le long de sa paroi interne qui est au contact des fumées et/ou gaz chauds. Le graphite est un matériau chimiquement neutre, particulièrement insensible à la plupart des polluants. De ce fait, la paroi interne du fourreau qui est en contact des gaz chauds résiste mieux aux agressions chimiques que les parois internes des chambres de refroidissement de l'art antérieur. Le graphite 20 risquant de s'enflammer, on utilise un fourreau en graphite poreux au travers duquel suinte un liquide de refroidissement. La paroi interne du fourreau en contact avec les gaz chauds est ainsi efficacement refroidie et ne risque pas de s'enflammer.
25 Pour un refroidissement efficace de la paroi interne du fourreau, le graphite a une porosité ouverte comprise entre 10 % et 40 %, préférentiellement comprise entre 22 % et 25 %. Avec une telle porosité, la pression effective du liquide de refroidissement contre la paroi externe du fourreau pourra être comprise entre 0,1x10-5 Pa et 0,8x10-5 Pa. 30 2956723 -7
Selon un mode de réalisation préféré de la chambre de refroidissement, le fourreau est agencé dans la chambre de refroidissement de manière à former une chambre annulaire dans laquelle le liquide de refroidissement est mis sous pression. 5 Avantageusement, la partie supérieure du fourreau est pourvue de perforations communiquant avec la chambre annulaire et l'enceinte. Ces perforations permettent d'évacuer l'air contenu dans la chambre lorsque cette dernière se remplit avec le liquide de refroidissement. Ce dégazage assure que 10 le liquide de refroidissement sous pression s'applique sensiblement sur toute la paroi externe du fourreau. En outre, les perforations assurent un certain drainage du liquide de refroidissement.
Selon un mode préféré de réalisation permettant de refroidir efficacement 15 les gaz chauds, la partie inférieure du fourreau est pourvue d'une lèvre annulaire, du liquide de refroidissement étant injecté dans l'enceinte en passant par ladite lèvre annulaire de manière à former un rideau liquide au travers duquel passent lesdits gaz chauds pour être refroidis. L'angle d'attaque de la lèvre inférieure est compris entre 30° et 80° par rapport à l'horizontale, 20 préférentiellement entre 55° et 70°, ladite lèvre étant orientée vers la sortie de l'enceinte.
Dans le but de simplifier la conception de la chambre de refroidissement, le fourreau est formé d'au moins deux parties séparées : une partie supérieure 25 et une partie inférieure, la jonction entre les deux dites parties formant la lèvre inférieure. Des calles amovibles peuvent séparer la partie supérieure et la partie inférieure du fourreau de manière à pouvoir régler la hauteur de la lèvre inférieure.
30 On peut prévoir de disposer un plateau de contact en aval de la lèvre inférieure, ledit plateau étant positionné dans le fourreau de manière à ce que le - 8
rideau liquide formé par l'injection du liquide de refroidissement au travers de ladite lèvre inférieure impacte ledit plateau. Cette solution convient particulièrement bien à des chambres de refroidissement de grandes dimensions dans lesquelles la portée du rideau liquide formée par la lèvre inférieure est limitée.
Une solution acide peut être injectée dans le bac de récupération de manière à neutraliser et/ou absorber des acides halogénés contenus dans les fumées de combustion et/ou gaz chauds. Description des figures.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux 15 à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure la est une vue schématique d'un premier mode de réalisation de la chambre de refroidissement conforme à l'invention, 20 - la figure lb est une vue schématique d'un second mode de réalisation de la chambre de refroidissement conforme à l'invention, - la figure 2 schématise le passage du liquide de refroidissement au travers d'un fourreau en graphite poreux, - la figure 3 est une vue agrandie du détail D des figures la et lb, 25 - la figure 4a schématise une première variante d'un premier mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention, ladite installation étant en fonctionnement normal, le bac de récupération n'étant pas noyé, - la figure 4b montre l'installation de la figure 4a en fonctionnement anormal, le bac de récupération étant noyé,10 - 9 - la figure 5a schématise une seconde variante du premier mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention, ladite installation étant en fonctionnement normal, le bac de récupération n'étant pas noyé, - la figure 5b montre l'installation de la figure 5a en fonctionnement anormal, le bac de récupération étant noyé, - la figure 6a schématise une première variante d'un second mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention, ladite installation étant en fonctionnement normal, le bac de récupération n'étant pas noyé, - la figure 6b montre l'installation de la figure 6a en fonctionnement anormal, le bac de récupération étant noyé, - la figure 7a schématise une seconde variante du second mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention, ladite installation étant en fonctionnement normal, le bac de récupération n'étant pas noyé, - la figure 7b montre l'installation de la figure 7a en fonctionnement anormal, le bac de récupération étant noyé. Modes de réalisation de l'invention. 1. La chambre de refroidissement. En se rapportant aux figures la et lb, la chambre de refroidissement 1 est utilisée pour refroidir tout type de fumées industrielles et/ou gaz chauds issus de la combustion de produits liquides ou solides comportant des polluants combustibles facilement ou difficilement inflammables. On peut citer comme exemples les eaux polluées par des composés organiques et/ou inorganiques (par exemple eau salée avec matières organiques), les acides sulfuriques résiduaires, les combustibles visqueux et hautement chlorés, les solvants résiduaires chlorés, bromés ou fluorés, les boues contenant des nitrates métalliques, du soufre, des oxydes et/ou des hydroxydes, eau chargée en charbon, etc. 2956723 -10-
Pour d'avantage de clarté dans la compréhension de l'invention, les fumées de combustion et/ou les gaz chauds seront uniquement dénommés « gaz chauds » dans la suite de la description.
5 Les gaz chauds F à traiter sont issus d'un brûleur, d'une chaudière, d'un four, ou de tout autre dispositif de combustion (non représenté). Ils sont introduits dans l'enceinte cylindrique 10 de la chambre de refroidissement 1. L'enceinte 10 est en pratique un cylindre vertical ayant un diamètre interne pouvant aller de 600 mm à 1500 mm et une longueur par exemple comprise 10 entre 700 mm et 1100 mm. Des dimensions plus ou moins importantes peuvent toutefois être envisagées par l'homme du métier en fonction du débit des gaz chauds F à traiter.
Les gaz chauds F sont introduits dans la partie supérieure de l'enceinte 15 10, au niveau d'une entrée 11 reliée à la sortie du dispositif de combustion. Ils ont un mouvement descendant et ressortent de l'enceinte 10 au niveau d'une sortie 120. Selon le type d'installation, les gaz chauds F peuvent rentrer dans l'enceinte 10 à une température pouvant atteindre 3000°C.
20 Un liquide de refroidissement L est injecté dans la chambre 1 de manière à refroidir les gaz chauds F. Par exemple, des gaz chauds F qui arrivent jusqu'à 3000°C au niveau de l'entrée 11, ressortent entre 30°C et 90°C, préférentiellement entre 45°C et 75°C, au niveau de la sortie 120. Les gaz chauds F étant refroidis brusquement en quelques secondes, on peut parler de 25 trempe thermique. Le liquide de refroidissement L peut être de l'eau, une solution acide (par exemple à base d'acide chlorhydrique), une solution neutralisante (par exemple à base de soude caustique), ou tout autre liquide de refroidissement convenant à l'homme du métier. Ce liquide L sera choisi en fonction des caractéristiques thermiques et éventuellement chimiques des gaz 30 chauds F à traiter. L'injection du liquide de refroidissement L dans la chambre 1 peut être réalisée au moyen de buses d'injection arrangées dans ladite 2956723 -11-
enceinte, au moyen d'un dispositif d'arrosage, ou par l'intermédiaire d'un rideau liquide comme cela est décrit plus en détail dans la suite de la description. L'énergie cédée dans le rideau liquide permet d'une part de refroidir les gaz chauds F et d'autre part d'effectuer l'absorption de produits gazeux solubles 5 dans le liquide de refroidissement L.
L'injection du liquide de refroidissement L est effectuée au pied de l'enceinte 10, juste avant la sortie 120. Dans cette configuration, la paroi interne de l'enceinte 10 disposée entre l'entrée 11 et le lieu d'injection du liquide de 10 refroidissement L, est au contact des gaz chauds F pouvant être brûlants et comporter des polluants extrêmement corrosifs tels que des produits acides ou et/ou du chlore humide. La paroi interne de l'enceinte 10 située en amont de l'injection du liquide de refroidissement L est donc soumise à de fortes contraintes thermiques et/ou chimiques. Dans le but de protéger cette paroi 15 interne, la chambre 1 est pourvue d'un fourreau 13 délimitant l'enceinte 10 à l'intérieur de laquelle les gaz chauds F circulent. Ce fourreau 13 est préférentiellement réalisé en graphite poreux. Le graphite étant inerte chimiquement et insensible aux agressions chimiques, la paroi interne du fourreau 13 qui est en contact des gaz chauds F peut résister aux passages de 20 ces derniers, avec une faible usure. Toutefois, le graphite a comme point faible de commencer à s'oxyder vers 400°C en présence d'O2. Pour cette raison, et en se rapportant à la figure 2, un liquide de refroidissement L (schématisé par la grosse flèche) est mis sous pression contre la paroi externe 13e du fourreau 13 de manière à ce qu'une partie dudit liquide (schématisé par la petite flèche) 25 traverse ledit fourreau et suinte le long de sa paroi interne 13i. Cette sudation permanente protège par évaporation (et donc par refroidissement) la paroi interne 13i qui ne risque pas de s'enflammer et/ou de s'oxyder au contact des gaz chauds F.
30 Bien que le graphite employé dans la conception du fourreau 13 puisse être non poreux, on préfère utiliser un graphite ayant une porosité ouverte 2956723 -12-
comprise entre 10 % et 40 %, préférentiellement entre 22 % et 25 %. Dans ce cas, la pression effective du liquide de refroidissement L contre la paroi externe 13e du fourreau 13 est avantageusement comprise entre 0,1 10-5 Pa et 0,8 10-5 Pa (entre 1,1 10-5 Pa et 1,8 10-5 Pa absolu). Le liquide de refroidissement L 5 suintant contre la paroi interne 13i du fourreau 13 est préférentiellement le même que celui injecté dans l'enceinte 10. Toutefois, l'utilisation d'un autre liquide de refroidissement pourrait tout à fait être envisagée par l'homme du métier.
10 En pratique, le graphite poreux utilisé est obtenu par un mélange d'hydrocarbures lourds. Selon la porosité que l'on souhaite obtenir, on mélange ces hydrocarbures avec plus ou moins de solvants qui, en s'évaporant, créent des espaces dans la matière obtenue. Dans une variante de réalisation, on pourrait prévoir de réaliser des micro-perforations dans le fourreau en graphite 15 de manière à le rendre perméable au liquide de refroidissement. De manière générale, on entend par graphite « poreux », un graphite perméable au liquide de refroidissement.
En pratique, le fourreau 13 a sensiblement les mêmes dimensions que 20 l'enceinte 10. Il a un diamètre interne compris entre 500 mm et 1100 mm et une longueur comprise entre 600 mm et 1000 mm. Des dimensions plus ou moins importantes peuvent toutefois être envisagées en fonction du débit de gaz chauds F à traiter. L'épaisseur du fourreau 13 dépend principalement de la viscosité dynamique du liquide de refroidissement, de la porosité du graphite 25 utilisé et de la pression du liquide de refroidissement L exercée contre sa paroi externe 13e. Dans un exemple de réalisation, on utilise comme liquide de refroidissement de l'eau, un graphite ayant une porosité ouverte comprise entre 22 % et 25 %, la pression effective du liquide de refroidissement L contre la paroi externe 13e est comprise entre 0,1 10-5 Pa et 0,8 10-5 Pa, et l'épaisseur 30 du fourreau 13 est comprise entre 50 mm et 150 mm. D'autres épaisseurs 2956723 -13-
peuvent évidemment être envisagées selon la conception qui est retenue pour la chambre 1.
En se rapportant à l'exemple de réalisation représenté sur les figures la 5 et lb, le fourreau 13 est agencé dans la chambre 1 de manière à former une chambre annulaire 15. Préférentiellement, le fourreau 13 est un cylindre interne et le corps 14 de la chambre de refroidissement 1 est un cylindre externe de plus grand diamètre, ledit fourreau et ledit corps étant coaxiaux de manière à délimiter la chambre annulaire 15 cylindrique. Le corps 14 peut être réalisé en 10 acier revêtu d'ébonite, en graphite non poreux, en graphite naturellement poreux rendu imperméable à la suite d'un traitement avec une résine phénolique qui par imprégnation des pores du graphite et polymérisation permet de rendre ledit graphite étanche tout en assurant la même capacité de résistance chimique qu'un graphite non poreux, ou en tout autre matériau 15 composite ou métallique qui résiste à la corrosion. La fixation du fourreau 13 sur le corps 14 est réalisée par bridage, vissage, soudage ou toute autre technique de fixation convenant à l'homme du métier. Des joints toriques ou plats sont prévus au niveau de cette liaison de manière à assurer l'étanchéité de la chambre annulaire 15. Le liquide de refroidissement L peut ainsi être mis 20 sous pression dans cette chambre annulaire 15 et donc contre la paroi externe 13e du fourreau 13 de manière à provoquer le suintement au niveau de la paroi interne 13i. En pratique, une pompe 30a, 30b permet d'injecter le liquide de refroidissement L sous pression dans la chambre annulaire 15. Tout autre dispositif de mise sous pression équivalent peut être employé par l'homme du 25 métier.
En se rapportant plus précisément à la figure 3, la partie supérieure du fourreau 13 est avantageusement pourvue de perforations 130 communiquant avec la chambre annulaire 15 et avec l'enceinte 10. De cette manière, lorsque 30 la chambre annulaire 15 est remplie de liquide de refroidissement L, l'air contenu dans ladite chambre peut être correctement évacué par les 2956723 - 14 -
perforations 130. Il n'y a donc pas de risque qu'une poche d'air ou de gaz se forme dans la partie supérieure de la chambre annulaire 15. En effet, si une poche d'air était formée, le liquide de refroidissement L ne pourrait pas suinter à ce niveau du fourreau 13 ce qui entraînera un risque thermique et/ou 5 mécanique. Les perforations 130 assurent une autre fonction que le dégazage. Elles assurent un certain drainage en autorisant le liquide de refroidissement L contenu dans la chambre annulaire 15 à sortir de cette dernière de manière à couler contre la paroi interne 13i du fourreau 13. Ceci est particulièrement 10 avantageux dans le cas où la pompe 30a, 30b est défectueuse et que le liquide de refroidissement L ne peut plus être mis sous pression dans la chambre annulaire 15. En pratique, les perforations 130 ont un diamètre compris entre 2 mm et 10 mm. Elles sont préférentiellement orientées vers le bas de l'enceinte 10, 15 dans le sens de circulation du flux. Dans le but d'obtenir un mouillage efficace de la paroi interne 13i, leur angle d'attaque est compris entre 35° et 70°, préférentiellement 45°, par rapport à l'horizontal.
Le mode préféré d'injection du liquide de refroidissement L dans la 20 chambre 1 va maintenant être décrit plus en détail en se rapportant aux figures la et lb. La partie inférieure du fourreau 13 est pourvue d'une lèvre annulaire 131. Elle est préférentiellement continue, mais pourrait être discontinue. Le liquide de refroidissement L est injecté dans l'enceinte 10 en passant par la lèvre annulaire inférieure 131 de manière à former un rideau liquide au travers 25 duquel passent les gaz chauds F pour être refroidis. En pratique, la lèvre 131 se comporte comme une infinité de trous collés les uns aux autres. Chaque trou, considéré comme un élément singulier, délivre un jet de liquide de section constante, donc avec une portée de jet propre aux conditions de pression, de débit et des caractéristiques physiques du liquide de 30 refroidissement L : viscosité, charge en solides, température, etc. Chaque élément singulier étant en contact avec un élément voisin, l'ensemble se 2956723 -15-
comporte comme une fente annulaire. Le résultat est un rideau liquide d'épaisseur définie. La lèvre 131 est orientée vers le bas (c'est-à-dire vers la sortie) de l'enceinte 10. Son angle d'attaque est compris entre 30° et 80°, 5 préférentiellement entre 55° et 70°, par rapport à l'horizontale et elle a une hauteur comprise entre 2 mm et 10 mm. En pratique, la lèvre annulaire inférieure 131 communique avec la chambre annulaire 15 de sorte que lorsque le liquide de refroidissement L est mis sous pression dans cette dernière, il puisse être éjecté par ladite lèvre. La vitesse d'éjection du liquide de 10 refroidissement L est par exemple comprise entre 3 m.s-' et 10 m.s-1, préférentiellement entre 5 m.s-' et 8 m.s-l. En se rapportant aux figures la et lb, l'enceinte 10 comporte au moins deux parties séparées : une partie supérieure formée par le fourreau 13 et une partie inférieure 12 formant la sortie 120 de la chambre de refroidissement 1. La 15 partie inférieure 12 peut éventuellement être une prolongation du fourreau 13. La jonction entre ces deux parties forme la lèvre inférieure 131. Des calles amovibles 100 séparent la partie supérieure 13 et la partie inférieure 12 de manière à pouvoir régler la hauteur de la lèvre inférieure 131 et donc l'épaisseur du rideau liquide. 20 La portée des jets formant le rideau liquide a des limites. Pour compenser ce défaut lorsque le diamètre de l'enceinte 10 augmente sensiblement, un plateau de contact 16 est disposé en aval de la lèvre inférieure 131. Ce mode de réalisation est schématisé sur la figure lb. Le 25 plateau 16 est positionné dans la chambre 1 de manière à ce que le rideau liquide impacte ledit plateau. Ce dernier se comporte comme la cible des jets de liquide de refroidissement L alors que leur portée n'est pas encore détériorée. Le plateau 16 permet d'assurer le caractère d'échange et de contact recherché avec la veine de gaz chauds F. 30 2956723 -16- 2. L'installation. Différents modes de réalisation de l'installation sont schématisés sur les figures 4a à 7b. En pratique, l'installation comporte une chambre de 5 refroidissement 1, préférentiellement du type décrite au paragraphe 1 précédent, mais qui peut être de tout autre type, et à l'intérieur de laquelle les gaz chauds F circulent. Cette chambre 1 est pourvue d'un moyen pour injecter un liquide de refroidissement sur les gaz chauds F de manière à les refroidir. La chambre 1 est disposée entre le foyer (non représenté) duquel sont issus les 10 gaz chauds F et une cheminée évacuant lesdits gaz dans l'atmosphère.
Un bac de récupération 3 est relié à la chambre 1. Ce bac 3 est pourvu : - d'une entrée 3a par laquelle pénètrent les gaz ainsi que le liquide de refroidissement L après qu'il ait refroidi lesdits gaz, 15 - et d'une sortie 3b par laquelle s'évacuent les gaz refroidis F'. Le drainage des gaz dans le bac 3 est assuré par le tirage naturel de la cheminée et/ou par un dispositif d'aspiration forcée. Le liquide de refroidissement L reste quant à lui momentanément stocké dans le bac 3. Le carter de la chambre 1 est fixé par bridage, vissage, soudage ou autre, au 20 niveau de l'entrée 3a du bac 3.
Dans les chambres de refroidissement connues de l'art antérieur, il est fréquent que la dépollution des gaz chauds F soit réalisée en même temps que leur refroidissement. Habituellement, ces chambres de refroidissement utilisent 25 un liquide de refroidissement susceptible de neutraliser et/ou d'absorber directement les polluants contenus dans les gaz chauds. Avec son expérience, la demanderesse a pu constater que la dépollution directe des gaz chauds par le liquide de refroidissement n'était pas toujours satisfaisante, en particulier dans le cas où lesdits gaz chauds contiennent des acides halogénés. Selon une 30 caractéristique avantageuse de l'invention, l'étape de dépollution des gaz chauds F n'est pas réalisée en même temps que l'étape de refroidissement. 2956723 -17-
Ces deux étapes sont réalisées indépendamment l'une de l'autre de manière à optimiser leur efficacité. En particulier, dans le cas où les gaz chauds F contiennent des acides halogénés, une solution acide (typiquement à base d'acide chlorhydrique) est injectée dans le bac 3 de manière à neutraliser et/ou 5 absorber ces polluants qui se retrouvent piégés dans le liquide de refroidissement L. Cette solution technique permet de régler de manière beaucoup plus précise la concentration d'acide dans le bac 3 en fonction des concentrations de polluants absorbés par les gaz chauds F. On comprend aisément que cette solution est transposable à l'injection de n'importe quel 10 autre agent susceptible de neutraliser et/ou absorber les polluants contenus dans les gaz chauds F.
En pratique, le liquide de refroidissement L circule en circuit fermé entre la chambre 1 et le bac 3. Pour ce faire, on utilise une pompe de recyclage 30a 15 (éventuellement doublée d'une pompe de sécurité 30b) arrangée de manière à récupérer une partie du liquide L contenu dans le bac 3 pour le réinjecter dans la chambre 1, et plus particulièrement dans la chambre annulaire 15 décrite au paragraphe 1 précédent. Le liquide de refroidissement L est avantageusement filtré avant sa réinjection dans la chambre 1. Etant donné que le liquide de 20 refroidissement L a emmagasiné un certain nombre de calories lors du refroidissement des gaz chauds F, on prévoit un échangeur thermique 33 disposé entre les pompes de recyclage 30a, 30b et la chambre 1 pour récupérer lesdites calories.
25 L'installation comporte en outre un volume 4 de réserve de liquide L'. La conception et le fonctionnement de ce volume de réserve 4 seront décrits plus en détail dans la suite de la description.
Etant donné que la section de l'installation située en aval de la chambre 30 1 et du bac 3 peut être fabriquée sur des bases plastiques (SVR, PVDF, PFA fretté SVR, PTFE fretté SVR, ECTFE fretté SVR, FEP fretté SVR, ou tout autre 2956723 -18-
matériau composite capable d'avoir un comportement à toute forme de corrosion), il est indispensable de prévoir un système de sécurité pour parer aux arrêts non programmés de l'installation (« shut down »), à la défaillance des pompes de recyclage 30a, 30b, ou, de lorsque le capteur de température 5 301 enregistre une température des gaz trop élevée au niveau de la sortie 3b du bac 3 (le capteur de température 31 étant dans ce cas une sécurité ultime). Dans de telles situations, des gaz chauds risquent de pénétrer dans cette section de l'installation sensible à la chaleur. La solution proposée par l'invention consiste à transférer le liquide L' contenu dans le volume de réserve 10 4 vers le bac 3, de manière à obturer l'entrée (figures 4b, 6b) et/ou la sortie (figures 5b, 7b) dudit bac en formant un barrage liquide qui a pour effet d'empêcher la circulation des gaz en aval de la chambre 1.
15 2.1. Premier mode de réalisation de l'installation (figures 4a à 5b).
Dans ce mode de réalisation, le liquide L' stocké dans le volume de réserve 4 provient du bac 3. Le volume de réserve 4 consiste dans ce cas en un réservoir classique, par exemple similaire au bac 3. 20 Dans une première variante de réalisation schématisée sur les figures 4a et 4b, la chambre 1 présente une extrémité 12 par laquelle les gaz rentrent dans le bac 3, ladite extrémité pénétrant à l'intérieur dudit bac. L'extrémité 12 est considérée comme l'entrée du bac 3 et il est possible d'envisager que cette 25 extrémité fasse partie intégrante dudit bac et non pas de la chambre 1. Dans une seconde variante de réalisation schématisée sur les figures 5a et 5b, la sortie 3b du bac 3 présente une extrémité 300b pénétrant à l'intérieur dudit bac. Dans une troisième variante de réalisation non représentée, on pourrait 30 prévoir que non seulement la chambre 1 mais également la sortie 3b présentent 2956723 -19-
tous deux une extrémité pénétrant à l'intérieur du bac 3 (combinaison de la première et de la seconde variante).
En fonctionnement normal (figures 4a et 5a), le niveau de liquide L 5 contenu dans le bac 3 est situé en dessous des extrémités 12 ou 300b. Les gaz peuvent ainsi circuler librement à l'intérieur du bac 3, entre l'entrée 3a et la sortie 3b. Le niveau de liquide L est par exemple maintenu entre environ 30 % et 60 %, préférentiellement environ 50 %, de la capacité totale du bac 3, ce niveau pouvant varier au cours de la régulation. L'excédent est stocké dans le 10 volume de réserve 4. La pompe de recyclage 30a ou 30b permet de diriger en continu une partie du liquide de refroidissement L contenu dans le bac 3 vers le volume de réserve 4. En pratique, lorsque la pompe de recyclage 30a ou 30b est démarrée, le liquide L pompé est non seulement dirigé vers la chambre 1 mais également 15 vers le volume de réserve 4. Le titre acide du liquide reste donc identique dans le bac 3, dans la chambre 1 et dans le volume de réserve 4. Un conduit 350 permet de rediriger en continu une partie du liquide L' contenu dans le volume de réserve 4, vers le bac 3. Cette recirculation contribue à maintenir un titre constant entre le volume de réserve 4 et le bac 3. Le volume de réserve 4 est 20 également équipé d'une surversse 360 communiquant avec le bac 3. Cette surversse 360 permet d'évacuer une partie du liquide L' dans le cas où le conduit 350 est obturé et que le liquide L continu d'être dirigé vers le volume de réserve 4.
25 En cas d'incident (figures 4b et 5b), le liquide L' contenu dans le volume de réserve 4 est immédiatement transféré vers le bac 3. Le niveau de liquide L contenu dans le bac 3 est dans ce cas situé au dessus des extrémités 12 ou 300b, ces dernières étant de fait obturées par un barrage liquide. Dans cette configuration, il n'y a plus aucun drainage possible à l'intérieur du bac 3 ce qui 30 empêche toute circulation des gaz en aval de la chambre 1 : la section de 2956723 - 20 -
l'installation située en aval de la chambre de refroidissement, et qui est sensible à la chaleur, est donc parfaitement préservée. En pratique, le clapet anti-retour 34 n'autorise une circulation de liquide qu'entre le volume de réserve 4 et bac 3, préférentiellement via la chambre 1. 5 Le volume de réserve 4 est placé à une hauteur hydrostatique suffisante pour garantir le transfert du liquide L' depuis le volume de réserve 4 jusque dans le bac 3. Toutefois, si la gravité ne suffit pas, une pompe peut être prévue. Le liquide L' contenu dans le volume de réserve 4 est avantageusement injecté dans la chambre 1 avant de pénétrer dans le bac 3. De cette manière, le 10 surplus de liquide contenu dans la chambre annulaire 15 va pouvoir suinter au travers du fourreau poreux 13 et/ou sortir par les perforations 130, de manière à humidifier la paroi interne 13i et continuer à refroidir efficacement cette dernière.
15 Au redémarrage de l'installation, le liquide L contenu dans le bac 3 remplit de nouveau le volume de réserve 4 et est régénéré en permanence ce qui évite d'avoir à réactualiser le titre acide dudit liquide. De fait, on peut redémarrer l'installation et produire sans perte de temps un liquide ayant un titre acide souhaité. 20
2.2. Second mode de réalisation de l'installation (figures 6a à 7b).
Dans ce mode de réalisation, le liquide L' stocké dans le volume de 25 réserve 4 provient d'une source distincte du bac 3. Le liquide L' peut être de l'eau ou tout autre liquide convenant à l'homme du métier. Le volume de réserve 4 peut par exemple consister en un château d'eau, le réseau d'eau classique, ou tout autre bac ou réservoir susceptible de contenir un liquide. Cette solution est préconisée dans le cas où la valeur du titre acide du liquide 30 injecté n'est pas importante. En pratique, le volume de réserve 4 est relié à la 2956723 - 21 -
chambre 1 ou directement au bac 3, via une conduite 370 équipée d'une vanne 37.
Une première variante de réalisation est schématisée sur les figures 6a 5 et 6b. Cette variante est similaire à celle schématisée sur les figures 4a et 4b et décrite au paragraphe 2.1 précédent. De même, la seconde variante de réalisation schématisée sur les figures 7a et 7b, est similaire à celle schématisée sur les figures 5a et 5b et décrite au paragraphe 2.1 précédent. Une troisième variante de réalisation non représentée peut consister en une 10 combinaison des deux premières variantes.
En fonctionnement normal (figures 6a et 7a), la vanne 37 est fermée. Le niveau de liquide L contenu dans le bac 3 est situé en dessous des extrémités 12 ou 300b. Les gaz peuvent ainsi circuler librement à l'intérieur du bac 3, entre 15 l'entrée 3a et la sortie 3b. Le niveau de liquide L est par exemple maintenu entre environ 30 % et 60 %, préférentiellement environ 50 %, de la capacité totale du bac 3, ce niveau pouvant varier au cours de la régulation. Un soutirage est prévu de manière à maintenir un niveau sensiblement constant de liquide L dans le bac 3. 20 En cas d'incident (figure 6b et 7b), la vanne 37 est ouverte. Le liquide L' contenu dans le volume de réserve 4 est alors immédiatement transféré vers le bac 3. Le niveau de liquide L contenu dans le bac 3 est dans ce cas situé au dessus des extrémités 12 ou 300b, ces dernières étant de fait obturées par un 25 barrage liquide. Dans cette configuration, il n'y a plus aucun drainage des gaz chauds à l'intérieur du bac 3. Pour les mêmes raisons que celles évoquées au paragraphe 2.1 précédent, le liquide L' contenu dans le volume de réserve 4 est avantageusement injecté dans la chambre 1 avant de pénétrer dans le bac 3.
30 Le liquide L' transféré depuis le volume de réserve 4 va avoir tendance à diluer le liquide L initialement contenu dans le bac 3. De fait, au redémarrage de 2956723 - 22 -
l'installation, il peut être nécessaire d'attendre un certain temps et/ou d'ajouter une solution acide dans ledit bac de sorte que le titre acide du liquide L atteigne une valeur souhaitée.
Claims (21)
- Revendications1. Procédé pour refroidir des fumées de combustion et/ou des gaz chauds, ledit procédé consistant à: - faire circuler les fumées et/ou les gaz chauds (F) à l'intérieur d'une chambre de refroidissement (1), - injecter, dans la chambre de refroidissement (1), un liquide de refroidissement (L) sur les fumées et/ou gaz chauds (F) de manière à les refroidir, - faire circuler les fumées et/ou gaz refroidis (F') dans un bac (3) relié à la chambre de refroidissement (1), ledit bac étant pourvu d'une entrée (3a, 12) par laquelle pénètrent le liquide de refroidissement (L) et les fumées et/ou gaz refroidis, et d'une sortie (3b, 300b) par laquelle s'évacuent lesdites fumées et/ou gaz refroidis (F'), - transférer, en cas de besoin, un liquide (L') contenu dans un volume de réserve (4) vers le bac de récupération (3), de manière à obturer l'entrée (12) et/ou la sortie (3b, 300b) de ce dernier en formant un barrage liquide qui a pour effet d'empêcher la circulation des fumées et/ou gaz en aval de la chambre de refroidissement (1).
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le liquide (L') contenu dans le volume de réserve (4) est injecté dans la chambre de refroidissement (1) avant de pénétrer dans le bac de récupération (3).
- 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le liquide de refroidissement (L) injecté dans la chambre de refroidissement (1) provient du bac de récupération (3). 2956723 - 24 -
- 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le liquide (L') contenu dans le volume de réserve (4) provient du bac de récupération (3).
- 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel tant que le liquide (L') contenu dans le volume de réserve (4) n'est pas transféré vers le bac de récupération (3), une partie du liquide de refroidissement (L) contenu dans ledit bac est dirigée en continu vers ledit volume de réserve (4).
- 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel tant que le liquide contenu dans le volume de réserve (4) n'est pas transféré vers le bac de récupération (3), une partie du liquide (L') contenu dans ledit volume de réserve, est redirigée en continu vers ledit bac de récupération.
- 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le liquide contenu dans le volume de réserve (4) provient d'une source distincte du bac de récupération (3). 20
- 8. Installation de refroidissement de fumées de combustion et/ou de gaz chauds, ladite installation comportant : - une chambre de refroidissement (1) à l'intérieur de laquelle les fumées et/ou les gaz chauds (F) circulent, ladite chambre étant pourvue d'un moyen pour injecter un liquide de refroidissement (L) sur lesdites fumées et/ou gaz 25 chauds de manière à les refroidir, - un bac de récupération (3) relié à la chambre de refroidissement (1) et dans lequel circule les fumées et/ou gaz refroidis (F'), ledit bac étant pourvu d'une entrée (3a, 12) par laquelle pénètrent le liquide de refroidissement et lesdites fumées et/ou gaz refroidis, et d'une sortie (3b, 300b) par laquelle s'évacuent lesdites fumées et/ou gaz refroidis (F'), - un volume de réserve (4) de liquide (L'), 5 10 15 2956723 - 25 - se caractérisant par le fait que ladite installation comporte un moyen pour transférer, en cas de besoin, le liquide (L') contenu dans le volume de réserve (4) vers le bac de récupération (3), de manière à obturer l'entrée (12) et/ou la sortie (300b) de ce dernier en formant un barrage liquide qui a 5 pour effet d'empêcher la circulation des fumées et/ou gaz en aval de la chambre de refroidissement (1).
- 9. Installation selon la revendication 8, dans laquelle la chambre de refroidissement (1) présente une extrémité (12) par laquelle les fumées 10 et/ou gaz refroidis entrent dans le bac de récupération (3), ladite extrémité pénétrant à l'intérieur dudit bac de façon à être obturée par un barrage liquide lorsque le liquide (L') contenu dans le volume de réserve (4) est transféré vers ledit bac.
- 10.Installation selon la revendication 8, dans laquelle la sortie (3b) du bac de récupération (3) présente une extrémité (300) pénétrant à l'intérieur dudit bac de façon à être obturée par un barrage liquide lorsque le liquide (L') contenu dans le volume de réserve (4) est transféré vers ledit bac.
- 11.Installation selon l'une des revendications 8 à 10, dans laquelle la chambre de refroidissement (1) est pourvue d'un fourreau (13) délimitant une enceinte (10) à l'intérieur de laquelle les fumées et/ou gaz chauds (F) circulent. 25
- 12.Installation la revendication 11, dans laquelle : - le fourreau (13) est réalisé en graphite poreux, - le liquide de refroidissement (L) est mis sous pression contre la paroi externe (13e) du fourreau (13) de manière à ce qu'une partie dudit liquide 30 traverse ledit fourreau et suinte le long de sa paroi interne (13i) qui est au contact des fumées et/ou gaz chauds (F). 15 20 2956723 - 26 -
- 13. Installation selon la revendication 12, dans laquelle le graphite a une porosité ouverte comprise entre 10 % et 40 %, préférentiellement comprise entre 22 % et 25 % et dans laquelle la pression effective du 5 liquide de refroidissement (L) contre la paroi externe (13e) du fourreau (13) est comprise entre 0,1 10-5 Pa et 0,8 10-5 Pa.
- 14. Installation selon l'une des revendications 11 à 13, dans laquelle le fourreau (13) est agencé dans la chambre de refroidissement (1) de 10 manière à former une chambre annulaire (15) dans laquelle le liquide de refroidissement (L) est mis sous pression.
- 15.Installation selon la revendication 14, dans laquelle l'extrémité supérieure du fourreau (13) est pourvue de perforations (130) 15 communiquant avec la chambre annulaire (15) et l'enceinte (10), l'air contenu dans ladite chambre étant évacué par lesdites perforations lors du remplissage de ladite chambre avec le liquide de refroidissement (L).
- 16. Installation selon l'une des revendications 11 à 15, dans laquelle 20 la portion inférieure du fourreau (13) est pourvue d'une lèvre annulaire (131), le liquide de refroidissement (L) étant injecté dans l'enceinte (10) en passant par ladite lèvre annulaire de manière à former un rideau liquide au travers duquel passent les fumées et/ou gaz chauds (F) pour être refroidis. 25
- 17.Installation selon la revendication 16, dans laquelle l'angle d'attaque de la lèvre inférieure (131) est compris entre 30° et 80° par rapport à l'horizontale, préférentiellement entre 55° et 70°, ladite lèvre étant orientée vers la sortie de l'enceinte (10). 30
- 18.Installation selon l'une des revendications 16 ou 17, dans laquelle l'enceinte (10) comporte au moins deux parties séparées : une 2956723 - 27 - partie supérieure formée par le fourreau (13) et une partie inférieure (12), la jonction entre les deux dites parties formant la lèvre inférieure (131).
- 19.Installation selon la revendication 18, dans laquelle des calles 5 amovibles (100) séparent la partie supérieure (13) et la partie inférieure (12) de manière à pouvoir régler la hauteur de la lèvre inférieure (131).
- 20.Installation selon l'une des revendications 16 à 19, dans laquelle un plateau de contact (16) est disposé en aval de la lèvre inférieure (131), 10 ledit plateau étant positionné dans la chambre de refroidissement (1) de manière à ce que le rideau liquide formé par l'injection du liquide de refroidissement (L) au travers de ladite lèvre inférieure impacte ledit plateau. 15
- 21.Installation selon l'une des revendications 8 à 20, dans laquelle une solution acide est injectée dans le bac de récupération (3) de manière à neutraliser et/ou absorber des acides halogénés contenus dans les fumées de combustion et/ou gaz chauds (F). 20
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| IT201700024810A1 (it) * | 2017-03-06 | 2018-09-06 | Good Sky Srl | Impianto e metodo per il condizionamento di fumi |
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