LU85236A1 - Installation de traitement et d'epuration de gaz pollues - Google Patents
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Description
« -1-
Installation de traitement et d'épuration de _gaz pollués._
La présente invention concerne une installation de traitement et d'épuration de gaz pollués comprenant une station primaire de dépoussiérage dans laquelle descend une conduite de gaz en provenance d'un générateur de gaz 5 pollués et dans laquelle les plus grosses particules solides sont précipitées par gravité et/ou inertie#une série d'épurateurs pour effectuer l'épuration poussée des gaz semi-épurés en provenance de la station primaire, chacun de ces épurateurs renfermant une série de sacs de filtra-10 tion, traversés de bas en haut par les gaz à épurer# des , moyens de contrôle de la température des gaz en différents points de leur trajet et des moyens pour refroidir ou réchauffer les gaz pour maintenir leur température dans des limites opérationnelles déterminées.
15 Quoique n'y étant pas limitée# la description se référera plus particulièrement à une installation associée à un haut fourneau. Les gaz bruts produits dans un haut fourneau sont évacués de celui-ci à des températures et pressions variables et relativement élevées, 20 comparées à l'atmosphère ambiante et sont, en outre# chargés de poussières et de particules solides.
Etant donné, toutefois, que ces gaz contiennent des composants combustibles, ils forment généralement des sous-produits utilisables notamment comme gaz de 25 chauffage. Toutefois, avant de pouvoir être envoyés dans un réseau de distribution, ces gaz bruts doivent être refroidis, détendus, nettoyés et épurés. Ces opérations s sont effectuées le plus souvent dans une installation de traitement des gaz qui comporte une station primaire 30 de dépoussiérage, encore couramment appelée "sac à poussières" éventuellement associé à un cyclone, ainsi qu'une station d'épuration poussée qui est constituée par un laveur humide, ce dernier étant en outre, responsable du refroidissement et de la décompression des gaz.
| 35 Si ce procédé a permis la récupération des Λ -2- composants réutilisables des gaz bruts, il fait encore défaut pour ce qui concerne la récupération de l'énergie accumulée dans ces gaz sous forme de chaleur sensible et de pression, car le lavage humide ne peut pas être 5 effectué sans la dissipation de la majeure partie de cette ; énergie.
Vu que les considérations énergétiques gagnent de plus en plus d'importance, on a mis récemment au point une technique d'épuration qui permet également une récu-10 pération d'une grande partie de l'énergie des gaz bruts. Cette technique, t laquelle se réfère le préambule s et qui est décrite dans le document DE-A1-3 129 812 pré conise le remplacement du lavage humide par une épuration finale qui s'effectue par voie sèche et qui n'implique 15 pas une dissipation simultanée de la chaleur et de la pression. Autrement dit, on a séparé la phase d'épuration finale de la phase de décompression et de refroidissement, celle-ci étant dès lors effectuée dans le but d'une récupération maximale de l'énergie disponsible dans les 20 gaz épurés.
Malgré les avantages non discutables de ce nouveau procédé d'épuration, l'installation proposée pour la mise en oeuvre de celui-ci présente néanmoins une série d'inconvénients et la présente invention s'est 25 fixé comme objectif de proposer une nouvelle installation qui ne présente pas ces inconvénients, discutés plus en détail dans la description détaillée qui va suivre.
Pour atteindre cet objectif, l'installation proposée par la présente invention est essentiellement 30 caractérisée en ce que les épurateurs sont montés sur la paroi de la station primaire de dépoussiérage et sont reliés par leur sommet à un collecteur circulaire des gaz épurés et en ce que, aussi bien les particules « solides précipitées lors du dépoussiérage primaire que 35 celles retenues dans les sacs de filtration, sont évacuées à travers une trémie formant le fond de la station Λ primaire et des épurateurs.
( -3-
V
Selon un premier mode de réalisation les épurateurs sont intégrés dans la paroi de la station primaire de dépoussiérage.
Selon un second mode de réalisation les 5 épurateurs sont accrochés à la paroi de la station primaire ‘ de dépoussiérage et reliés chacun à celle-ci par une tubulure pour le transfert des gaz semi-ëpurés entre la station primaire et chacun des épurateurs et une gaine pour l'évacuation des résidus d'épuration vers le fond 10 de la station primaire.
D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée de deux modes de réalisation avantageeux présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés 15 dans lesquels: la figure 1 montre une vue schématique d'une installation existante selon l'état de la technique,, la figure 2 montre une vue schématique d'un premier mode de réalisation d'une installation proposée 20 par la présente invention, la figure 2a montre une coupe horizontale à échelle réduite, au niveau du plan de coupe a - a de la figure 2, la figure 3 montre une vue schématique d'un 25 deuxième mode de réalisation d'une installation selon la présente invention, la figure 3a montre, à échelle réduite, une coupe suivant le plan a - a de la figure 3 et > la figure 3b une vue, suivant le plan de coupe 30 b - b dé la figure 3.
La figure 1 montre un générateur de gaz bruts, en l'occurence un haut fourneau 10 surmonté d'une installation d'alimentation et de distribution 12 de la matière de chargement. Les gaz bruts engendrés sous 35 pression et températures élevées par le processus de réduction et chargés de poussières ou même de particules solides sont dégagés à travers des conduites 14 et récol-\S tés dans un collecteur 16 qui descend dans une station
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-4- primaire de dépoussiérage 18. Celle-ci se présente généralement sous forme d'une enceinte fermée dont le fond constitue une trémie conique 22 collectrice de particules et de poussières. Le collecteur 16 descend en s'élargissant 5 jusque dans la région centrale de l'enceinte, alors que la partie supérieure de celle-ci est raccordée à une conduite 24 d'évacuation des gaz semi-ëpurés.
Par suite de l'élargissement 20 du collecteur 16 dans l'enceinte 18, la vitesse des gaz bruts est réduite 10 d'une vitesse p. ex. de l'ordre de dix mètres à la seconde jusqu'à une vitesse de l'ordre de un mètre par seconde.
*
Sous l'effet de cette décélération et de la déviation des gaz vers le haut en direction de la conduite d'évacuation 24, les particules solides les plus lourdes sont 15 projetées sous l'effet de la gravité et de l'inertie vers le fond de la trémie 22, tandis que les gaz débarrassés de ces particules quittent l'enceinte par la conduite 24.
Pour éviter que les gaz sortant de l'élargissement 20 du collecteur 16 ne provoquent trop de tourbillons 20 au fond de la trémie 22 et entraînent, à nouveau, les particules qui se déposent ou sont déjà déposées, on prévoit généralement un déflecteur central 26 en aval de l'élargissement 20.
Les particules recueillies au fond de la trémie 25 22 sont extraites à travers un sas 28 qui comprend deux vannes successives 30 et 32 et sont évacuées au moyen d'un transporteur, tel que par exemple une vis sans fin 34. La nécessité du sas 28 avec les deux vannes 30 et 32 résulte du fait que, lors de l'extraction des dépôts ; 30 au fond de la trémie 22, le risque existe que la vanne de fermeture 30 ne puisse se fermer complètement à cause de la présence de particules solides sur son siège.
Les gaz semi-épurés quittant la station 18 par la conduite 24 sont dirigés dans une série d'épura-35 teurs 36 identiques entre eux et dont l'un seulement sera décrit en détail. Sur la figure on n'a représenté I que trois de ces épurateurs 36, mais il faut noter que
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-5- ce nombre est bien supérieur en réalité et dépend de la quantité de gaz produit.
Chaque épurateur 36 comporte une chambre cylindrique verticale 38 fermée vers le bas par une trémie 40 5 pour recueillir les poussières et un dispositif d'évacua-v tion 42 de ces poussières avec un sas et un transporteur analogue au système d'évacuation associé à la station primaire 18.
La conduite 24 est reliée à chacun des épura-10 teurs 36 à travers une conduite 44 qui plonge dans les épurateurs 36 jusqu'au niveau de la trémie 40 et qui comporte un compensateur 46 pour permettre les dilatations thermiques et une vanne de fermeture 48 pour débrancher automatiquement l'épurateur 36/en cas de nettoyage ou d'avarie de 15 celui-ci/ de l'installation de traitement. La chambre 38 est divisée par un système de filtration en une partie supérieure et une partie inférieure dans laquelle débouche la conduite 44. Ce système de filtration est constitué d'une série de sacs filtrants 50 en toile ou en tissu ou 20 autre matière approprié suspendus à une cloison horizontale 52 séparant la partie supérieure de la partie inférieure de la chambre 38. Les gaz pénétrant par la conduite 44 dans la partie inférieure de la chambre 38 sont obligés de traverser ces sacs filtrants 50 pour arriver dans la partie 25 supérieure de la chambre 38 et c'est au passage de ces sacs filtrants 50 que ces gaz sont débarrassés du reste des poussières qu'ils véhiculent encore avec eux. Les gaz épurés de cette façon quittent chacun des épurateurs 36 à ’ travers une conduite d'évacuation 54 comprenant/ comme les 30 conduites 44, un compensateur 56 de dilatation thermique et une vanne automatique 58 pour déconnecter les épurateurs 36 en aval. Chacune des conduites 54 débouche dans un collecteur 60 qui évacue les gaz épurés dans une station 62, qui peut comporter une turbine et qui est destinée à 35 récupérer la pression résiduelle des gaz épurés ainsi que leur température pour leur transformation en énergie réutilisable. Les gaz épurés, décompressés et refroidis sont II ensuite envoyés dans un réseau de distribution 64.
i * -6-
La partie supérieure des chambres 38 des épurateurs 36, dans laquelle sont recueillis les gaz épurés, est reliée à travers une conduite 66 pourvue d'une vanne 68 et i d'un compresseur 70 au collecteur 60 d'évacuation des 5 gaz épurés. Ce raccordement au collecteur 60 sert à net-* toyer les sacs filtrants 50. A cet effet, on ouvre en temps voulu la vanne 68 pour envoyer des gaz épurés, pressurisés -, dans le compresseur 70 dans la région supérieure des * chambres 38 pour y engendrer une onde de choc qui ébranle 10 et secoue le sac filtrant 50 afin que la poussière et j les particules solides y accrochées tombent dans la trémie . 40. Cette phase de nettoyage par création d'une onde de ! choc à contresens est bien entendu précédée par la fer- ‘ meture automatique des vannes 48 et 58 afin d'isoler 15 complètement l’épurateur du reste de l'installation. Ces ! phases de nettoyage des épurateurs sont effectuées de i .
* manière cyclique au point qu'il est possible qu'on ait en ; permanence l'un des épurateurs en phase de nettoyage.
* Pour que la filtration à travers les sacs 50 20 puisse s'effectuer dans des conditions optimales, il faut que la température des gaz semi-ëpurés soit maintenue dans une plage de température prédéterminée.
En effet, suivant la constitution des sacs 50, la température des gaz ne doit pas être trop élevée pour 25 ne pas risquer une détérioriation des sacs. Il est rappelé que les tissus synthétiques supportent une température de 250°-300°C , les filtres métalliques, une température ; de l'ordre du 600°C et enfin les filtres céramiques • une température de l'ordre de 1000°C. Il faut dire également 30 que les filtres céramiques sont plus chers que les filtres : ‘ métalliques qui, à leur tour sont plus chers que les filtres en tissus. La température des gaz ne doit pas non plus être trop basse afin de ne pas tomber en-dessous du point de rosée, ce qui provoquerait un encrassement humide 35 des sacs 50 et empêcherait leur nettoyage à l'aide des gaz sous pression envoyés par la conduite 60.
J) Pour effectuer ce contrôle de la température -7- des gaz on effectue des mesures de la température sur tout leur trajet/ notamment/ comme représenté sur la figure, en haut des conduites 14, dans le collecteur 16, dans le collecteur 24 et dans chacun des épurateurs 36 et 5 les renseignements obtenus par ces mesures sont transmises - à une unité centrale de contrôle 71. Lorsque la tempéra ture des gaz épurés dans les épurateurs 36 devient trop élevée, ou lorsqu'on constate une tendance de réchauffement excessif des gaz bruts en haut des conduites 14 de 10 manière qu'on risque de dépasser la température limite dans les épurateurs 36, l'unité centrale 70 commande la mise en service d'un système de refroidissement 72. Dans l'exemple représenté, ce système de refroidissement 72 est constitué d'un ou plusieurs gicleurs 74 alimentés par une 15 pompe 76 pour arroser les gaz bruts avec un liquide de refroidissement, par exemple, de l'eau, qui s'évapore aux dépens de l'excès de température des gaz. Dès que la température, sous l'effet de l'arrosage, devient à nouveau acceptable, les gicleurs 74 sont débranchés sous l'effet 20 d'une vanne automatique 78.
Lorsque la température des gaz épurés devient trop basse ou lorsque l'on constate une diminution trop importante de la température des gaz bruts à la sortie du haut fourneau, l'unité de contrôle 70 commande automati-25 quement la mise en service d'une torche 80 de réchauffement des gaz bruts dans le collecteur 16 et qui est débranchée automatiquement lorsque les gaz sont, à nouveau,suffisamment chauds.
5 Si l'installation selon l'état de la technique 30 illustrée par la figure 1 possède l'avantage d'une récupération énergétique maximale de gaz bruts dégagés par le haut fourneau 10, elle possède néanmoins l'inconvénient d'être relativement onéreuse, ce qui atténue ses avantages de récupération. En effet, chaque épurateur 36 doit être 35 équipé de conduites de gaz 44 et 54 séparées pourvues de compensateurs de dilatation thermique et de vannes de | fermeture ainsi que d'un sas de vidange 42 et d'un transpor- % -8- teur pour l'évacuation des déchets solides, sans oublier la ou les charpentes nécessaires au support des épurateurs. En outre, le système de contrôle de la température des gaz imposé par la constitution des sacs de filtration est re-5 lativement compliqué à cause de la complexité de l'installation et du nombre d'épurateurs.
Ces inconvénients sont éliminés ou atténués grâce à l'installation proposée par la présente invention et dont un premier mode de réalisation est illustré 10 par la figure 2, dans laquelle figurent les mêmes chiffres de référence pour désigner les éléments et compo-. sants identiques à ceux de la figure 1.
Sur la figure 2 on voit un collecteur 16 de 5 gaz bruts qui descend d'un haut fourneau non représenté 15 dans une enceinte 82 dans laquelle s'effectue un dépoussiérage primaire par précipitation des particules solides sous l'effet de la gravité et de l'inertie comme c'est le cas dans l'installation selon la figure 1. Toutefois, la nouveauté essentielle de l'installation de la figure 2 réside 20 dans le fait que les épurateurs 84, au lieu de former des unités à part comme sur la figure 1, sont placés directement sur l'enceinte 82 et disposés en cercle autour de l'élargissement 20 du collecteur 16 (voir également figure 2b).
25 Ces épurateurs 84 contiennent également une série de sacs filtrants 100 et sont reliés à travers des conduites 86 contenant chacune un compensateur 88 et une vanne 90 à un collecteur circulaire 92 de récupération des gaz épurés. Chaque épurateur 84 est également branché sur une conduite 30 94 contenant un compresseur 96 et une vanne automatique 98 en vue de souffler des gaz épurés et pressurisés dans les sacs filtrants 100 pour le nettoyage de ceux-ci.
On remarque sur la figure 2, comparé aux épurateurs de la figure 1, que les filtres sont retournés 35 c.à.d. que si les gaz traversaient selon la figure 1 les sacs filtrants de l'extérieur vers l'intérieur, dans le / mode de réalisation de la figure 2, cette traversée se
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» -9- fait de l'intérieur vers l'extérieur. Ceci ne change rien ! I pour l'épuration proprement dite, mais par contre, le nettoyage ne se fait plus au moyen d'une onde de choc 1 comme dans l'installation selon la figure 1, mais à l'aide 5 d'un courant continu sous pression à contresens. La durée : de cette opération de rinçage est variable en fonction du volume gaz-poussière à évacuer.
i Comme dans l'installation de la figure 1, les épurateurs 84 peuvent être nettoyés à tour de rôle et les 10 séquences d'ouvertures et de fermetures automatiques et ' commandées à distances sont analogues à celles décrites ci-dessus.
L'avantage du nettoyage par courant continu est que le volume gaz-poussière peut être évacué continu-15 ellement pendant la période de nettoyage.et être refoulé dans les épurateurs en fonctionnement.Pour améliorer encore davantage la tranquillité dans l'enceinte de la station 82 on peut prévoir des cloisons verticales 106 (voir également figure 2a) à l'intérieur de la station 20 entre les ouvertures d'accès aux épurateurs 84.
Un système d'extraction et d’évacuation de particules solides 102 se trouve au fond de l'enceinte 82. Ce système recueille aussi bien les particules précipitées lors du dépoussiérage primaire que celles retenues 25 par les sacs filtrants 100.
Les deux phases de dépoussiérage et de filtration sont réalisées de la même manière que dans 1'installation de la figure 1, à la différence essentielle qu'après la phase de dépoussiérage les gaz pénètrent immédiatement 30 dans la partie inférieure de chacun des épurateurs 84 pour traverser les sacs de filtration 100.
L'installation permet par conséquent d'épargner toutes les conduites de la figure 1 se trouvant entre la station de dépoussiérage 18 et chacun des épurateurs 36 ,de ‘ 35 même que les équipements accessoires tels que les compensateurs 46 et les vannes 48. En outre, l'installation de A la figure 2 ne nécessite qu'un seul système d'évacuation des particules solides pour le dépoussiérage primaire et * -10- pour tous les épurateurs 84. En plus/ étant donné que les épurateurs sont montés directement ou indirectement sur la station de dépoussiérage il n'est pas nécessaire de prévoir des charpentes spéciales de support des épurateurs 5 et il est possible de réduire considérablement l'encoibraænt.
Dans l'installation selon la figure 2, le système de refroidissement par arrosage 104 se trouve dans le collecteur 16 ou dans son élargissement 20. Le contrôle et la commande de ce système 104 ainsi que celui de la 10 torche 80 sont effectués de la même manière que dans le cas de l'installation de la figure 1.
L'invention propose en outre, selon une autre de ses caractéristiques, l'utilisation de sacs filtrants métalliques ou céramiques. Certes, ces sacs filtrants 15 sont plus chers, mais leur durée de vie est plus grande et comme indiqué précédemment, ils résistent mieux aux températures élevées que les sacs en toile, ce qui permet la simplification ou même la suppression du système de refroidissement.
20 La figure 3 montre un deuxième mode de réali sation d'une installation selon la présente invention.
Les éléments identiques à ceux du premier mode de réalisation et déjà décrits ci-dessus portent les mêmes références que sur la figure 2. L'une des différences 25 marquantes par rapport à l'installation selon la figure 2 est que les épurateurs 110 ne sont plus intégrés dans la paroi de la station primaire 108 mais sont accrochés latéralement sur le pourtour de celle-ci, par exemple, à l'aide de supports 118 soudés à la paroi de la station 30 primaire 108. Une série de tubulures 112 relient la partie supérieure de la station 108 à chacun des épurateurs 110. Les gaz dépoussiérés dans la station 108 pénètrent directement dans les épurateurs 110 à mi-hauteur de ceux-ci et sont déviés à l'intérieur de ceux-ci au moyen d'un écran 35 114 vers le fond pour remonter ensuite à travers les sacs filtrants 116 (voir également figure 3a) et quitter l'ins- >tallation à travers les conduites 86 et le collecteur 92.
i -11- II est à noter que les sacs de filtration 116 sont suspendus de la même manière que dans l'installation de la figure 1. Autrement dit, compte tenu des explications données ci-dessus, le nettoyage des épurateurs 110 est 5 à nouveau réalisé à l'aide d'une onde de choc, par ébranlement des sacs filtrants 116 suspendus dans les épurateurs 110.
Les résidus d'épuration accrochés aux sacs filtrants 116 tombent, lors de la phase de nettoyage, 10 dans une gaine 120 qui prolonge le fond de chacun des épurateurs 110 jusqu'au fond de la station 108 (voir éga-* lement figure 3b). Aussi bien les résidus de dépoussié rage que ceux de l'épuration sont recueillis au fond de la station 108 et évacués à travers le sas 102.
15 Pour éviter des remous dans la station 108 lors du nettoyage des épurateurs 110, et surtout pour - éviter un passage direct des gaz à épurer du collecteur 16 à travers les gaines 120 dans les épurateurs 110, la gaine 120 est prolongée jusqu'à l'extrémité inférieure de 20 la station 108 de sorte que le dépôt 122 forme une barrière naturelle entre l'enceinte 108 et chacun des épurateurs 110. Afin d'assurer en permanence cette fermeture de la gaine 120, il faut veiller à ce que le dépôt 122 ait toujours une hauteur minimale. A cet effet on a prévu une 25 sonde de niveau 124 par exemple à rayonnement ou autre qui ferme automatiquement l'écoulement du dépôt 122 r~ “ “ ” “ “““ : /
Claims (7)
1. Installation de traitement et d'épuration de 1 gaz pollués comprenant une station primaire de dépoussié- | rage dans laquelle descend une conduite de gaz en | provenance d'un générateur de gaz pollués et dans laquelle • 5 les plus grosses particules solides sont précipitées par gravité et/ou inertie, une série d'épurateurs pour effec- • tuer l'épuration poussée des gaz semi-épurës en provenance de la station primaire, chacun de ces épurateurs renfermant une série de sacs de filtration, traversés de bas i 10 en haut par les gaz à épurer des moyens de contrôle de la température des gaz en différents points de leur trajet î . et des moyens pour refroidir ou réchauffer les gaz pour maintenir leur température dans des limites opérationnelles déterminées, caractérisée en ce que les épurateurs (84) ; 15 sont montés sur la paroi de la station primaire de dépous siérage (82) et sont reliés par leur sommet à un collecteur circulaire (92) des gaz épurés et en ce que, aussi bien les particules solides précipitées lors du dépoussiérage primaire que celles retenues dans les sacs de filtration (100) 20 sont évacuées à travers une trémie formant le fond de la station primaire et des épurateurs.
2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les épurateurs (84) sont intégrés dans la paroi de la station primaire de dépoussiérage (82). 25 3,- Installation selon la revendication 2, caractérisée par des cloisons de séparation verticales (106) montées dans la station (82) entre les ouvertures d'accès aux épurateurs (84).
4.- Installation selon la revendication 1, 30 caractérisée en ce que les épurateurs (110) sont accrochés à la paroi de la station primaire de dépoussiérage (108) et reliés chacun à celle-ci par une tubulure (112) pour le transfert des gaz semi-épurés entre la station primaire (108) et chacun des épurateurs (110) et une gaine (120) 35 pour l'évacuation des résidus d'épuration vers le fond J de la station primaire (108). $- -13-
5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la gaine (120) s’étend jusqu'au fond de la station (108) et qu'il est prévu un détecteur de niveau (124) pour maintenir en permanence le niveau 5 du dépôt (122) au-dessus de l'ouverture inférieure de la gaine (120).
6. Installation selon l'une des revendications 1 ou 4, caractérisée en ce que les sacs de filtration (116) sont suspendus avec le fond en bas. 10 7.- Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les sacs de filtration (100) sont suspendus avec le fond en haut.
8. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que les ëpura- 15 teurs (84) contiennent des sacs filtrants (100) métalliques.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les épurateurs (84) contiennent des sacs filtrants (100) céramiques.
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