LU85573A1

LU85573A1 - Dispositif du type prechauffeur d'air pour le prechauffage de l'air de combustion dans un procede de combustion,avec reduction simultanee du nox contenu dans les gaz brueles

Info

Publication number: LU85573A1
Application number: LU85573A
Authority: LU
Inventors: Stanislaw Michalak; Sigfrid Michelfelder
Original assignee: Steinmueller Gmbh L & C
Priority date: 1983-10-03
Filing date: 1984-10-03
Publication date: 1985-04-02
Also published as: DK161869C; SE8404839D0; GB8724214D0; DK464084D0; US4739826A; JPH0130051B2; US4903755A; SE459560B; FR2552857B1; FR2552857A1; JPS60126514A; GB2147404B; GB8424714D0; GB2147404A; DE3348099C2; SE8404839L; GB2198832B; NL8402970A; GB2198832A; BE900743A

Description

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Dispositif du type préchauffeur d'air pour le préchauffa-: ge de l'air de combustion dans un procédé de combustion avec réduction simultanée ou NO contenu dans les gaz brûlés.

5 La présente invention concerne un dis positif du type préchauffeur pour le préchauffage de l'air de combustion dans un procédé de combustion, avec admission de gaz brûlés contenant des NO et chauds provenant Λ de ce même procédé de combustion ou d'un procédé externe, 10 avec réduction simultanée des NO contenus dans ces gaz Λ brûlés.

Pour le préchauffage de l'air de combustion dans un procédé de combustion, on utilise ce que l'on appelle des préchauffeurs d'air. Grâce à ce préchauf-15 fage, on obtient, en autres, du fait d'une température plus s élevée du foyer, des avantages sur le plan de la technique du chauffage, ainsi qu'un allumage accéléré et une meil-' leure combustion. On se sert en général, comme courant de matière cédant de la chaleur à l'air de combustion à rê-20 chauffer, des gaz brûlés provenant du procédé de combustion lui-même. Il est toutefois également possible d'utiliser les gaz brûlés provenant d'un procédé de combustion externe.

On connaît bien ces dispositifs de pré-25 chauffage de l'air de combustion. Comme préchauffeurs d'air, on connaît ceux que l'on appelle récupérateurs et rëgéné- tf .

rateurs.

Dans le premier cas, l'air est réchauffé par les gaz brûlés au moyen d'un transfert de chaleur 30 par l'intermédiaire de parois fixes. On peut à cet égard mentionner par exemple les prëchauffeurs d'air du type échangeurs de. chaleur à plaques ou tubes.

Dans les prëchauffeurs d'air à régénération, les masses d'accumulation reçoivent la chaleur des 35 gaz brûlés et la cèdent plus tard à l'air. Pour obtenir un fonctionnement continu, on envisage principalement deux * genres de structure comportant une masse cylindrique I ^ » 2 d’accumultation, à savoir d'une part le genre comportant une masse d'accumulation tournante et des conduits d'air et de gaz brûlés qui sont fixes (Ljungstrôm-Luvc). et d'au-: tre part le genre comprenant une masse d'accumulation 5 fixe et un conduit d'air tournant à l'intérieur du conduit de gaz brûlés qui est fixe et qui enveloppe l'ensemble de la masse d'accumulation ( Rothemühle-Luvo). Dans ces deux modes de réalisation, les masses d'accumulation de chaleur sont réalisées sous la forme d'empilages de tôles fixes.

10 Dans une autre réalisation de la masse d'accumulation de chaleur, il est prévu d'utiliser à la place des empilages de tôles fixes, des corps d'accumulation de chaleur séparés et mobiles, ainsi que cela est par exemple décrit dans le document DE-OS2.951.279.6 15 Dans les installations de chauffage - de grandes dimensions, il se présente, hormis d'autres substances nocives, une nuisance de pollution à grandes échelles constituée par les NO . En ce qui concerne la ré-duction de l'émission des Ν0χ, on distingue entre les me-20 sures primaires et secondaires. Dans le premier cas, on adopte certaines dispositions à l'intérieur de la chambre de combustion elle-même. Cet ainsi par exemple que l'on obtient déjà une réduction de la formation de Ν0χ au cours —du-proccessus de combustion, en utilisant des brûleurs 25 conçus spécialement à cet effet, ou par un apport graduel __de l'air de combustion.

— Comme mesures secondaires, on adopte . des dispositions concernant la technique du procédé à l'ex térieur de la chaudière. On peut citer à cet égard les 30 procédés de traitement des gaz brûlés dans lesquels il se-produit une réduction des NO en azote moléculaire et

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en vapeur d'eau, en utilisant un agent réducteur, tel que par exemple NH^r en présence d'un catalyseur, par exemple constitué par des composés de vanadium sur des supports en 35 oxyde de titane. On met en oeuvre ce procédé dans un réacteur séparé, prévu à cet effet et contenant les cataly-j seurs considérés. Ce réacteur est la plupart du temps •3 disposé entre le bloc chaudière et le préchauffeur d'air. Dans certaines installations, un électrofiltre à température élevée est branché avant ce réacteur.

Toutefois, cetagencement connu du ré- 5 acteur KO entre le préchauffeur d’air et le bloc chaudiè-

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re se trouve affecté d'un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, il se présente une chute de pression des gaz brûlés pendant leur écoulement à travers le lit de catalyseur. Par ailleurs, il convient de prévoir un empla-lo cernent correspondant à ce réacteur. Il convient encore de renforcer les structures porteuses de l'installation en raison du poids de ce réacteur NO . Enfin, du fait de la

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teneur en poussières des gaz brûlés, il convient de nettoyer les catalyseurs de manière intermittente, par exem-15 pie au moyen de ventilateurs de soufflage des-suies, ce que se répercute de manière correspondante sur les frais d'exploitation.

C'est pourquoi la présente invention s'est fixé pour but de concevoir un dispositif de réduc-20 tion des NO dans les gaz brûlés, tout en maintenant le

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rendement des réacteurs connus et de manière à rédui re ä un minimum la chute de pression des gaz brûlés ainsi que l'encombrement de l'installation, tout en abaissant simultanément la consommation d'énergie exigée par le net-25 toyage.

. _ ... A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif du type cité au début de ce texte, caracté-„ risé par l'utilisation d'un préchauffeur d'air connu en soi, a structure de rêgénêràteur ou de récupérateur et 30 dans lequel la surface côté gaz brûlés des éléments échangeurs de chaleur est munie d'un revêtement agissant comme catalyseur pour la réduction des Ν0χ.

Pour éviter des dépôts sur les surfaces de contact du catalyseur du fait que les gaz brûlés 35 qui se refroidissent par passage à travers l'échangeur de chaleur se trouvent en dessous de la température de conden-îi sation, il est prévu conformément à l'invention que le re- vêtement soit placé sur les éléments d'échange de chaleur •él·· exclusivement sur la zone correspondant à une température des gaz brûlés située au-dessus de la température de condensation des produits de la réaction provenant des matières contenues dans ces qaz brûlés et de l'agent réducteur 5 qui est ajouté.

Dans une autre réalisation, l'invention prévoit que le prêchauffeur d'air qui est muni d'un revêtement de catalyseur sur ces éléments d'échange de chaleur est dimensionné pour une température de sortie des 10 gaz brûlés située au-dessus de la température de condensation des produits de la réaction provenant des matières contenues dans ces gaz brûlés et de l'agent réducteur qui y est ajouté, tandis qu'est monté en aval de lui un second préchauffeur d'air connu en soi et comprenant une mas-15 se d'accumulation de chaleur auto-nettoyante qui en service est maintenue sous forme d'une couche tourbillonnaire et qui est constituée d'une multitude d'éléments.individuels séparés et mobiles.

L'invention propose encore qu'il soit 20 prévu sur les éléments individuels, en aval et en série, un revêtement de catalyseur pour lequel chaque couche fournisse des conditions optimales de réaction pour la tempë-. rature des gaz brûlés qui règne dans cette zone.

~ Les avantages que l'on obtient grâce 25 à l'invention résident dans le fait que, grâce à l'intégration du réacteur Ν0χ dans le préchauffeur d'air, l'encombrement du système se trouve considérablement réduit.

„ De même, les pertes de pression qui sans cela apparaissent dans un réacteur NO sont supprimées. Du fait que l'on •Λ.

30 évite d'utiliser un carter séparé pour les catalyseurs, on peut choisir pour les structures de support des réalisations plus simples et par conséquent plus économique · Etant donné que l'on doit nettoyer à intervalles de temps déterminés, aussi bien les catalyseurs que les surfaces d'êchan-35 ge de chaleur, par exemple au moyen de ventilateurs de soufflage des suies, une seule installation de ce type

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yjj s'avère nécessaire dans le dispositif conforme a l'invention.

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Un avantage décisif de l'invention réside également dans le revêtement des éléments d'échange de chaleur en aval, à l’aide de matériaux catalyseurs différents, dont l'activité est telle qu'ils fournissent chacun des conditions 5 optimales de réaction pour la température des gaz brûlés qui règne dans la zone correspondante. On atteint ainsi un coefficient de rendement élevé pour la réduction des N0V. Du fait de l'abrasion par les poussières et de la 10 corrosion, aussi bien les catalyseurs que les éléments d'échange de chaleur constituent des éléments qui s'usent et ils doivents par conséquent être remplacés de temps à autre. Toutefois, étant donné que les éléments d'échange de chaleur sont munis d'une couche de catalyseur, une seuls le opération s'avère encore nécessaire pour leur remplacement dànsle dispositif conforme à l'invention.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va être donnée à titre d'exemples non limitatifs et en regard 20 des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente un prêchauffeur d'air du type échangeur de chaleur tubulaire à contre-courant croisé et avec un revêtement de catalyseur sur les éléments d'échanp ge de chaleur ; 25 - la figure 2 représente un détail d'un tel élément d'é change de chaleur se présentant sous la forme d'un tube _ à ailettes muni d'un revêtement de catalyseur ; - la figure 3 représente un détail d'un autre élément d'échange de chaleur se présentant sous la forme d'une 30 plaque à nervures pour prêchauffeur d'air à plaques, munie d'un revêtement de catalyseur ; - la figure 4 représente une coupe d'un préchauffeur d'air ccnforme au principe de Ljungström, comportant une masse d'accumulation de chaleur revêtue de catalyseur ; 35 - la figure 5 représente un prêchauffeur d'air rotatif à entrée radiale de gaz et à masse d'accumulation de chaleur revêtue de catalyseur se présentant sous la forme d'élé-| ments individuels ; r?

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r- ο - la figure 6 illustre la combinaison d'un préchauffeur d'air tubulaire à éléments d'échange de chaleur revêtus de catalyseur et d'un préchauffeur d'air monté derrière lui et comprenant une masse d'accumulation de chaleur au-5 to-nettoyante.

Le préchauffeur d'air 1 représenté sur la figure 1 est constitué par un échangeur de chaleur tubulaire dans lequel les gaz brûlés 2 et l'air à réchauffé 3 sont amenés à contre-courant croisé. Le prêchauffeur 10 1 est subdivisé en quatre zone 4, 5, 6 et 7 qui sont re liées entre elles du côté air par 1'intermédiaire de canaux de déviation 8. Les éléments d’échange de chaleur prévus dans les zones 4 à 6 sont simplement munis d'un revêtement de catalyseur. Etant donné que, contrairement à 15 un réacteur de réduction séparé, les gaz brûlés se refroidissent par écoulement ä travers un échangeur de chaleur, il est prévu conformément à l'invention de choisir le matériau catalyseur présent dans les zones individuelles de manière que son activité soit accordés â chaque fois à la 20 température des gaz brûlés qui règne dans une zone. On obtient de la sorte un coefficient de réduction élevé.

Comme éléments d'échange de chaleur des zones 4 à 6, on utilise par exemple des tubes à ailettes 9a selon la figure 2. Grâce à cette forme d'exécution, on obtient une 25 surface de contact du catalyseur particulièrement impor-________* tante. Grâce au fait que la couche de catalyseur 10 présente une conductivité thermique nettement plus faible que le matériau de l'élément d'échange de chaleur 9a, par exemple constitué par le tube d'acier 11 de la figure 2, 30 il est possible dans ce mode de réalisation d'utiliser une structure compacte du prêchauffeur d'air en raison de la plus grande surface d'échange de chaleur côté gaz brûlés. La zone 7 de l'échangeur de chaleur 1 se trouve dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, 35 équipée de tubes lisses sans revêtement de catalyseur. La I raison en est que les gaz brûlés 2 qui se refroidissent . Jt

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7 du fait de leur écoulement à travers l’échangeur de cha-» leur 1 rencontrent dans la 2one 7 un domaine de tempéra ture où peuvent se former des dépôts sur les éléments d’échange de chaleur en raison de la condensation des pro-5 duits de la réaction provenant des matières contenues dans les gaz brûlés et de l'agent de réduction qui est ajouté; c’est ainsi par exemple que le SO^ des gaz brûlés réagit avec l'agent réducteur NH3 pour donner du sulfite d'ammonium dont la température de condensation est située en-10 dessous d'environ 250°C. Afin de dégager de temps à autre les éléments d'échange de chaleur de ces dépôts, il est prévu un ventilateur de soufflage des suies 12. Ces ventilateurs servant au nettoyage des surfaces de contact du catalyseur peuvent par exemple être montés ä 1 ' entrée des gaz 15 brûlés. A la place de tubes, on peut bien entendu utiliser également comme éléments d1 échange de chaleur dans le prëchauffeur d'air des plaques ou des plaques dites à nervures. Il n'existe pour celles-ci aucune différence de principe dans le fonctionnement par rapport à un prëchauf-20 feur d'air à tubes. Un élément à plaques à nervures 9b particulièrement adapté se trouve représenté sur la figure 3. De msne que dansl'élément d'échange de chaleur conforme à la figure 2, on obtient ici également, grâce à ------- la surface accrue disposée côté gaz brûlés, une surface 25 de contact du catalyseur qui est plus importante ainsi qu'une surface d'échange de chaleur également plus impor------—_ tante.

La figure 4 représente une coupe d'un préchauffeur de chaleur conforme au principe dit de 30 Ljungström et qui comporte une masse d'accumulation cylindrique et rotative en service. Il y est également prévu de subdiviser cette masse d'accumulation en plusieurs zones 4, 5, 6 et 7, la masse présente dans la zone la plus basse 7 n'étant pas revêtue de matériau catalyseur . De 35 même que dans l'exemple de réalisation qui précède, les matériaux catalyseurs des kones individuelles sont accor-! dés a chaque fois, en ce qui concerne leur activité, à la

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i η e température des gaz brûlés qui y règne, de sorte que chaque couche fournit des conditions optimales de réaction pour la température des gaz brûlés qui règne dans la zone correspondante. Il est de plus prévu que la masse d'accu-5 mulation offre entre la zone la plus basse 7 et celle qui est située au-dessus 6, une cavité 13 dans laquelle est placé un dispositif de nettoyage 12. On peut à cet égard prévoir au choix un nettoyage à l'aide d'air comprimé 14 ou d'eau 15.

10 Dans le prêchauffeur d'air à régénéra tion représenté sur la fig.5 et comportant un tambour rotatif 16 et une entrée radiale de gaz, la masse d'accumulation de chaleur est constituée par une multitude d'éléments individuels mobiles 17 tels que des billes, des bil-15 les creuses ou des corps en forme de selle, et qui sont également munis d'une couche de catalyseur. Suivant cet exemple de réalisation, il est prévu que le tambour 16 est subdivisé suivant la direction radiale en chambres individuelles 18, les éléments conducteurs de chaleur 17 si-20 tués dans ces chambres 18 étant chacun munis de revêtements catalyseurs adaptés à la température des gaz brûlés. Dans ce type de préchauffeur d'air à masse d'accumulation -de chaleur constituée d'éléments individuels séparés et mobiles 17, il n’est pas nécessaire de prévoir des disposi-25 tions pour le nettoyage étant donné que ces éléments se libèrent eux mêmes de leur dépôt par frottement mutuel et par mouvements tourbillonnaires.

Une autre possibilité de débarrasser en permanence les surfaces d'échange de chaleur de leurs 30 dépôts se trouve illustrée sur la figure 6. Il s'agit là du montage en série d'un préchauffeur d'air à tubes ou a plaques 1 conforme à la fig. 1 et d'un préchauffeur d’air du type préchauffeur à colonne 19 muni d'une masse d’accumulation constituée d'une multitude d'éléments séparés et 35 mobiles 20 qui sont recyclés à l'aide d'une installation de transport 21. Dans ce cas, les éléments d'échange de i chaleur 9 de l'échangeur à plaques ou à tubes 1 sont tout simplement ? munis d’un revêtement de Ca talyseur. Afin d’éviter des dépôts sur les surfaces de contact du catalyseur, ce préchauffeur d'air 1 se trouve dimensionné de manière telle que la température des gaz brûlés qui s'échappent 22 se 5 trouve encore au-dessus de la température de condensation des produits de la réaction provenant des matières contenues dans ces gaz brûlés et de l'agent de réduction qui y est ajouté. On évite toutefois des depots dans l'échan- geur de chaleur â colonne 19 qui est monté en aval en main- 10 tenant constamment les éléments d'accumulation de chaleur 20 sous forme d'une couche tourbillonnaire en faisant s'écouler du bas vers le haut les gaz brûlés 22 et l'air de combustion 3 à réchauffer. On obtient de la sorte un effet d'auto-nettoyage du prëchauffeur d'air 19 monté en 15 h aval.

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Claims

f ·% Λ Ie) - Dispositif du type préchauffeur d'air pour le précliauf f âge de l'air de combustion dans un procédé de combustion, par introduction de gaz brûlés 5 chauds contenant des NO et provenant de ce même procédé de combustion ou d'un procédé externe, avec réduction simultanée des NO contenus dans ces gaz brûlés, caractë-risé par l'utilisation d'un prëchauffeur d’air connu en soi (1) à structure de régénérateur ou de récupérateur, 10 dans lequel la surface côté gaz brûlés des éléments d'échange de chaleur (9, 9a, 9b, 17) est munie d'un revêtement (10) agissant comme catalyseur pour la réduction des Ν0χ.
2°) - Dispositif selon la revendica-15 tion 1, caractérisé en ce que le revêtement (10) prévu sur les éléments d'échange de chaleur (9, 9a, 9b, 17) est disposé exclusivement dans la zone correspondant à une température des gaz brûlés située au-dessus de .la température de condensation des produits de la réaction prove-20 nant des matières contenues dans ces gaz brûlés et de l'agent de réduction qui y est ajouté.
3°) - Dispositif selon 1 a revendication 1, caractérisé en ce que le préchauffeur d'air (1) qui est muni d'un revêtement de catalyseur sur ses éléments 25 d'échange de chaleur (9, 9a, 9b, 17) est dimensionné pour une température de sortie des gaz brûlés qui est située au-dessus de la température de condensation des produits de la réaction provenant des matières contenues dans ces gaz brûlés et de l'agent réducteur qui y est ajouté et en 30 ce qu'est branché derrière lui un deuxième prëchauffeur d'air connu en soi (19) comprenant une masse d'accumulation de chaleur auto-nettoyante qui est maintenue en service sous forme d'une couche tourbillonnaire et qui est constituée d'une multitude d'éléments individuels, sêpa-35 I rés et mobiles (20) . 0 II 4°) - Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il est prévu sur les éléments individuels, en aval et en série, un revêtement de catalyseur tel que chaque couche offre 5 des conditions optimales de réaction pour la température des gaz brûlés qui règne dans cette