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WO2011104464A1 - Procédé de traitement des fumées issues d'une combustion. - Google Patents

Procédé de traitement des fumées issues d'une combustion. Download PDF

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WO2011104464A1
WO2011104464A1 PCT/FR2011/050320 FR2011050320W WO2011104464A1 WO 2011104464 A1 WO2011104464 A1 WO 2011104464A1 FR 2011050320 W FR2011050320 W FR 2011050320W WO 2011104464 A1 WO2011104464 A1 WO 2011104464A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fumes
chimney
treated
combustion
unit
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2011/050320
Other languages
English (en)
Inventor
Alain Briglia
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of WO2011104464A1 publication Critical patent/WO2011104464A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L11/00—Arrangements of valves or dampers after the fire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/006—Layout of treatment plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L17/00—Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues
    • F23L17/005—Inducing draught; Tops for chimneys or ventilating shafts; Terminals for flues using fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J2215/00—Preventing emissions
    • F23J2215/50—Carbon dioxide

Definitions

  • the invention relates to a method for treating fumes from combustion.
  • It relates more particularly to processes where fumes produced by at least one combustion unit are normally conducted through a piping system, or to a treatment unit, for example a CO 2 capture unit (carbon dioxide) contained in the fumes, either to at least one exhaust stack, or to both.
  • a treatment unit for example a CO 2 capture unit (carbon dioxide) contained in the fumes, either to at least one exhaust stack, or to both.
  • CO 2 capture unit carbon dioxide
  • the flue gas flow can reach very high values.
  • a technical problem that arises in all cases is to control the flow to the treatment unit or to the chimney, in particular during the transient phases, for example during the period following a stop or start of the unit. treatment, or following a significant change in the flow rate admitted by the treatment unit.
  • valves For example, it is possible to use an isolation valve for the exhaust stack and possibly another for the treatment unit. These two valves can be combined into a three-way valve. When the flue gas treatment unit comes to a standstill, access to the flue gas chimney is opened and, if necessary, access to the treatment unit is closed. Conversely, when the treatment unit starts, while the smoke is discharged through the chimney, access to the chimney is closed and access to the treatment unit is opened.
  • the problem to be solved is therefore to reduce the risk of stopping a combustion unit when it is discharging either into a flue gas treatment unit, or into a flue and flue gas flow to said unit. treatment undergoes significant change, for example following a stop or start of the processing unit.
  • said fumes to be treated are fed either to at least one treatment unit, or to at least one chimney opening into the ambient air, said fumes being in fluid continuity with the ambient air via said chimney;
  • said determined flow rate of fumes to be treated injected into said treatment unit is regulated so as to maintain said pressure difference at setpoint.
  • the fumes in question come from a combustion, that is to say for example from a boiler burning one or more fuels with as air oxidizer and / or mixtures richer in oxygen than air .
  • the oxidant (s) are pure oxygen at least 99% by volume.
  • the fumes to be treated are at least a part of the fumes generated by the combustion. Some of the fumes generated may be recycled or not treated, or treated in another treatment unit. Combustion can also occur in a gas turbine. It can happen in an industrial oven. It can happen in a chemical plant, steel or a cement plant.
  • the flue gas treatment unit can perform a unit operation, such as drying, compression or desulphurization, or perform several operations, for example those typically associated with the capture of CO 2 (in particular: drying, compression, purification of CO 2 by different technologies, especially cryogenic distillation).
  • the fumes are conducted by a piping system which includes pipes or carnots.
  • the hydraulic diameter of these elements can go up to a few meters in the case of a power station.
  • the piping system may comprise intermediate elements, for example valves, flow meters, or elements of physical or chemical treatment of the fumes. It can be formed of elements in series or in parallel in the direction of the fluid flow, or have a more complex structure.
  • the composition and parameters of the fumes may have changed between the combustion and the flue gas treatment unit.
  • the chimney is suitable for the evacuation of the fumes to be treated, especially when they are not, or not entirely, treated in the treatment unit.
  • the fumes to be treated are conducted through the piping system to at least one treatment unit.
  • the fumes are also conducted to at least one chimney capable of allowing the evacuation of all or part of the fumes produced by the combustion.
  • the piping system generally includes a bypass for conducting the flue gas to at least one chimney. In the case of power plants, the height of these chimneys can be up to several hundred meters. This injection is generally carried out by means of a compression means, of the fan or compressor type.
  • the fumes to be treated are prevented from flowing through the chimney. In a "normal" operating state, all the fumes to be treated are effectively treated and are not sent to the chimney.
  • the fumes are in fluid continuity with the ambient air via the chimney. There is no material obstacle to the flow through the chimney.
  • the part of the pipe system leading to the chimney is open. In particular, it is not closed by a valve. There may be valves, but these are busy, i.e. not closed. This means that if the fumes were pushed to the chimney, they could flow through this chimney.
  • the fumes to be treated are prevented from flowing through the chimney while maintaining a sufficient hydrostatic equilibrium in this chimney.
  • the ambient air is prevented from reaching the piping system via the chimney.
  • the latter has a certain vertical extension and the column of fluid that it contains is subjected to gravity, to the pressure forces at the top and to the base of the chimney, as well as to wall friction and viscosity. case of movement.
  • the hydrostatic equilibrium need not be perfect, that is to say that it does not aim at the absolute immobility of the internal atmosphere of the chimney. We consider that we are at a sufficient hydrostatic equilibrium when there is no significant movement of the fluid in the chimney. A movement is significant if it corresponds to a smoke outlet from the chimney or to an ambient air inlet in the piping system via the chimney.
  • An advantage of the hydrostatic equilibrium blocking of the valve-type hardware element blockage is that the balance can be broken without the need to remove the material cause of the blockage.
  • the flue gas treatment unit stops or goes down as a result of a voluntary decision or a failure, the accumulation of fumes in the piping system will break the hydrostatic equilibrium without creation of significant overpressure in the piping system. In particular, it will not be necessary to open valves.
  • the pressure to break the hydrostatic equilibrium of the fluid column is much lower than that created by the slow opening, possibly poorly synchronized, of a valve system. It is understood that the risk that stopping or lowering of the flue gas treatment unit causes an untimely stop combustion is then greatly reduced or canceled.
  • the hydrostatic equilibrium ruptures and the fumes will enter the chimney and evacuate. The phenomenon then amplifies itself by pulling. Conversely, fumes evacuating via the chimney, restarting or ramping up the flue gas treatment unit can restore a hydrostatic balance in the chimney. There is no need to close a valve. It is then necessary to first overcome the forces due to the draw, the fluid column in the chimney being hot, and establish a mechanical balance. Then, once the column of fluid in the chimney is cooled, a thermal equilibrium has been created, it is brought back to the "normal" situation described above.
  • the invention may comprise one or more of the following characteristics: an interface between said fumes to be treated and the ambient air having been established in said stack, said setpoint value being chosen so that said interface is substantially halfway up said chimney.
  • one or more gaseous compositions are evaluated at one or more locations chosen from the following possibilities: at different heights of said chimney and / or at points situated in said fumes to be treated between said combustion and said treatment unit and / or between said combustion and said chimney.
  • said fumes are produced by combustion with oxygen and said treatment unit is a unit for purifying the carbon dioxide contained in said fumes.
  • the injection of the fumes to be treated in the treatment unit is generally carried out by means of a compression means, of the fan or compressor type.
  • the chimney at all times has a difference in hydrostatic pressure, positive or negative, between its base, ie where the fumes are potentially admitted into the chimney, and a hydrostatic pressure reference point.
  • This reference point must be such that the pressure measured at this point is independent of the composition and condition of the fluid column in the chimney. This may be for example a point located outside the chimney, at its base, and subjected to the pressure of ⁇ ambient air.
  • This difference in pressure of the stack can be regulated by acting on the flow rate of fumes to be treated admitted into the treatment unit.
  • the higher the flow rate the lower the flue gas pressure in the piping system, especially at the base of the chimney; the difference in hydrostatic pressure of the chimney is lower, which tends to allow air to enter the chimney.
  • the lower the injected flow rate the higher the pressure rises at the base of the chimney, the higher the hydrostatic pressure difference of the chimney, which tends to raise the column of fluid in the chimney, it is to make it penetrate fumes.
  • the treatment unit is able and intended to remove certain other bodies or compounds, so as to obtain a more concentrated fluid C0 2 that the fumes to be treated injected into the processing unit.
  • the invention also relates to a combustion and flue gas treatment plant comprising at least:
  • At least one unit adapted to and designed to perform a combustion producing fumes and at least one treatment unit adapted to and designed to treat said fumes;
  • a piping system comprising a portion adapted to and adapted to conduct said fumes to be treated to said treatment unit and another portion adapted to and adapted to conduct said fumes to be treated to at least one chimney surrounded by the ambient air;
  • the invention may comprise one or more of the following characteristics: said chimney, comprising an internal base, said means for maintaining a hydrostatic equilibrium in said chimney comprise a compression means for injecting said fumes into said treatment unit with a given flow rate and a system for controlling said determined flow rate at the pressure difference between a point in said internal base of the stack and a reference point in said ambient air.
  • the plant further comprises means adapted to and designed to evaluate one or more gaseous compositions at one or more locations selected from the following possibilities: at different heights of said stack and / or at points of said piping system.
  • Figure 1 shows a combustion device and flue gas treatment according to the state of the art
  • FIG. 2 represents an example of a combustion and flue gas treatment device according to the invention.
  • FIG. 1 there is shown a plant producing energy. It comprises a boiler 1 which burns fuel and produces fumes 1a, and a unit 2 for treating fumes.
  • This unit 2 is designed to purify the C0 2 contained in the flue gas.
  • a fan 3 pressure-controlled by a system 3a controls the pressure in the combustion chamber of the boiler 1.
  • a system of Pipelines 1b, 1a, 1d lead the flue gas to either the treatment unit 2 or to a chimney 6 for evacuation. More specifically, the part lb, the duct system leads to the unit 2.
  • a bypass ld leads to the chimney 6. It is provided with an isolation valve 7.
  • the branch that leads to the unit 2 has an isolation valve 8.
  • the compressor 10 injects the fumes to be treated in the unit 2. It is controlled by a system 10a as a function of the upstream pressure.
  • the valve 7 is closed, so that the chimney 6 does not receive smoke la.
  • Valve 8 is open.
  • valve 8 In case of shutdown of the flue gas treatment unit 2, possibly due to a shutdown of the compressor 10, valve 8 is closed and valve 7 is simultaneously opened. opening time, the pressure rises at point 9 and in the piping system upstream of point 9, which can cause the boiler 1 to shut down.
  • the compressor 10 comprises a servo system 10a the hydrostatic pressure difference between a point 10c located in the base 6d of the chimney 6 and a reference point 10b located outside the chimney.
  • the part ld of the pipe system leading to the chimney remaining open (not closed by a valve 7)
  • it is possible to regulate the hydrostatic pressure difference seen by the stack 6 by varying the flow rate injected by the compressor 10 in the flue gas treatment unit 2, so that the ambient air 6b does not enter the pipe system 1b, 1a, 1d and the flue gas does not exit through the chimney 6.
  • a gas interface 6c is formed in the chimney between the ambient air 6b and the fumes 1a.
  • the interface 6c can be raised or lowered. In practice, it is preferably stabilized at half height of the chimney 6, so as to minimize the gas inlet-outlets via the chimney 6.
  • the installation may also include means 12 for evaluating the gaseous composition in the parts 1b, 1a and / or 1d of the pipe system, for detecting an ambient air inlet 6b.

Landscapes

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Abstract

Procédé de traitement des fumées issues d'une combustion, dans lequel on conduit lesdites fumées (1A) à traiter jusqu'à au moins une unité de traitement (2) et vers au moins une cheminée (6) débouchant dans l'air ambiant (6B), caractérisé en ce que lesdites fumées sont en continuité fluide avec l'air ambiant via ladite cheminée et en ce que l'on maintient ladite cheminée en équilibre hydrostatique, de manière à empêcher, d'une part, lesdites fumées de sortir par ladite cheminée et, d'autre part, l'air ambiant d'atteindre ladite unité de traitement en passant par ladite cheminée.

Description

Procédé de traitement des fumées issues d'une combustion.
L'invention concerne un procédé de traitement des fumées issues d'une combustion.
Elle concerne plus particulièrement les procédés où des fumées produites par au moins une unité de combustion sont normalement conduites à travers un système de canalisations, soit vers une unité de traitement, par exemple une unité de capture du C02 (dioxyde de carbone) contenu dans les fumées, soit vers au moins une cheminée d'évacuation, soit vers les deux. Cela peut arriver en cas d'arrêt volontaire ou de panne de l'unité de traitement des fumées, alors que l'unité de combustion, par exemple une chaudière destinée à produire de l'énergie, continue de fonctionner.
Selon l'unité de combustion, le débit des fumées peut atteindre des valeurs très élevées. Un problème technique qui se pose dans tous les cas est de piloter l'écoulement vers l'unité de traitement ou vers la cheminée, en particulier durant les phases transitoires, par exemple pendant la période suivant un arrêt ou un démarrage de l'unité de traitement, ou consécutivement à un changement important dans le débit admis par l'unité de traitement.
Ce problème est classiquement résolu à l'aide de vannes. On peut par exemple recourir à une vanne d'isolement de la cheminée d'évacuation et éventuellement une autre pour l'unité de traitement. Ces deux vannes peuvent être confondues en une vanne trois voies. Lorsque l'unité de traitement des fumées vient à s'arrêter, on ouvre l'accès vers la cheminée d'évacuation des fumées et, si nécessaire, on ferme l'accès vers l'unité de traitement. Inversement, quand l'unité de traitement démarre, alors que les fumées sont évacuées par la cheminée, on ferme l'accès à la cheminée et on ouvre l'accès vers l'unité de traitement.
Malheureusement, ces ouvertures ou fermetures de vannes prennent un certain temps, en particulier pour des vannes de gros diamètre. En outre, ces ouvertures ou fermetures ne sont pas forcément idéalement synchronisées. Ceci peut créer des perturbations importantes dans l'écoulement des fumées, notamment une surpression en sortie de l 'unité de combustion. A cette surpression est associée un risque que l'unité de combustion s'arrête, certains seuils de sécurité ayant été franchis.
Le problème à résoudre est dès lors de réduire le risque d'arrêt d'une unité de combustion lorsque celle-ci débite soit dans une unité de traitement des fumées, soit dans une cheminée d'évacuation et que de débit de fumées vers ladite unité de traitement subit un changement important, par exemple consécutivement à un arrêt ou un démarrage de l'unité de traitement.
A cette fin, la solution de l'invention porte sur un procédé de traitement des fumées issues d'une combustion, dans lequel :
- on conduit lesdites fumées à traiter soit jusqu'à au moins une unité de traitement, soit vers au moins une cheminée débouchant dans l'air ambiant, lesdites fumées étant en continuité fluide avec l'air ambiant via ladite cheminée ; et
- on maintient ladite cheminée en équilibre hydrostatique, de manière à empêcher, d'une part, lesdites fumées de sortir par ladite cheminée et, d'autre part, l'air ambiant d'atteindre ladite unité de traitement en passant par ladite cheminée ;
- on injecte un débit déterminé de fumées à traiter dans ladite unité de traitement ; et
- lorsque ladite cheminée présente une différence de pression hydrostatique entre sa base interne et l'air ambiant en un point de référence, on régule ledit débit déterminé de fumées à traiter injecté dans ladite unité de traitement de manière à maintenir ladite différence de pression à une valeur de consigne.
Les fumées dont il est question proviennent d'une combustion, c'est-à-dire par exemple d'une chaudière brûlant un ou plusieurs combustibles avec comme comburant de l'air et/ou des mélanges plus riche en oxygène que l'air. Selon un cas particulier, le ou les comburants sont de l'oxygène pur à au moins 99% en volume. Les fumées à traiter sont au moins une partie des fumées générées par la combustion. Une partie des fumées générées peut être recyclée ou ne pas être traitée, ou être traitée dans une autre unité de traitement. La combustion peut aussi se passer dans une turbine à gaz. Elle peut se passer dans un four industriel. Elle peut se passer dans une usine chimique, sidérurgique ou une cimenterie.
L'unité de traitement des fumées peut réaliser une opération unitaire, comme un séchage, une compression ou une désulfuration, ou réaliser plusieurs opérations, par exemple celles typiquement associées à la capture du C02 (notamment : séchage, compression, purification du C02 par différentes technologies, en particulier la distillation cryogénique). En général, on conduit les fumées par un système de canalisations qui comprend notamment des tuyaux ou des carnots. Le diamètre hydraulique de ces éléments peut aller jusqu'à quelques mètres dans le cas d'une centrale électrique. Le système de canalisations peut comporter des éléments intermédiaires, par exemple des vannes, des débitmètres, ou des éléments de traitement physique ou chimique des fumées. Il peut être formé d'éléments en série ou en parallèle au sens de l'écoulement fluide, ou avoir une structure plus complexe. La composition et les paramètres des fumées peuvent avoir changé entre la combustion et l'unité de traitement des fumées. La cheminée est apte à servir à l'évacuation des fumées à traiter, notamment quand celles-ci ne sont pas, ou pas intégralement, traitées dans l'unité de traitement.
Les fumées à traiter sont conduites à travers le système de canalisations vers au moins une unité de traitement. Les fumées sont également conduites vers au moins une cheminée susceptible de permettre l'évacuation de tout ou partie des fumées produites par la combustion. Le système de canalisations comprend en général une dérivation pour conduire les fumées jusqu'à au moins une cheminée. Dans le cas des centrales électriques, la hauteur de ces cheminées peut aller jusqu'à plusieurs centaines de mètres. Cette injection est en général réalisée grâce à un moyen de compression, du type ventilateur ou compresseur.
On empêche les fumées à traiter de s'écouler par la cheminée. Dans un état de fonctionnement « normal », toutes les fumées à traiter sont effectivement traitées et ne sont pas envoyées à la cheminée.
Les fumées sont en continuité fluide avec l'air ambiant via la cheminée. Il n'y a pas d'obstacle matériel à l'écoulement par la cheminée. La partie du système de canalisations conduisant à la cheminée est ouverte. En particulier, elle n'est donc pas fermée par une vanne. Il peut y avoir des vannes, mais celles-ci sont passantes, i.e. pas fermées. Ceci signifie que si les fumées étaient poussées vers la cheminée, elles pourraient s'écouler par cette cheminée.
On empêche les fumées à traiter de s'écouler par la cheminée en maintenant un équilibre hydrostatique suffisant dans cette cheminée. De même, on empêche l'air ambiant d'atteindre le système de canalisations via la cheminée. Celle-ci a une certaine extension verticale et la colonne de fluide qu'elle contient est soumise à la pesanteur, aux forces de pression au sommet et à la base de la cheminée, ainsi qu'à des frottements pariétaux et à de la viscosité en cas de mouvement. L'équilibre hydrostatique n'a pas besoin d'être parfait, c'est-à-dire qu'on ne vise pas l'immobilité absolue de l'atmosphère interne de la cheminée. On considérera qu'on est à un équilibre hydrostatique suffisant quand il n'y pas de mouvement significatif du fluide dans la cheminée. Un mouvement est significatif s'il correspond à une sortie de fumée par la cheminée ou à une entrée d'air ambiant dans le système de canalisations via la cheminée.
Un avantage du blocage de la cheminée par équilibre hydrostatique sur le blocage par élément matériel du type vanne est que l'équilibre peut être rompu sans qu'il soit besoin de supprimer la cause matérielle du blocage. Ainsi, si l'unité de traitement des fumées vient à s'arrêter ou à baisser en régime par suite d'une décision volontaire ou d'une panne, l' accumulation des fumées dans le système de canalisations va rompre l'équilibre hydrostatique sans création d'une surpression significative dans le système de canalisations. En particulier, il ne sera pas nécessaire d'ouvrir de vannes. La surpression permettant de rompre l'équilibre hydrostatique de la colonne de fluide est très inférieure à celle créée par l'ouverture lente, éventuellement mal synchronisée, d'un système de vannes. On comprend que le risque que l'arrêt ou la baisse de régime de l'unité de traitement des fumées entraîne un arrêt intempestif de la combustion est alors grandement réduit, voire annulé.
En cas d'arrêt ou de baisse de régime de l'unité de traitement, l'équilibre hydrostatique se rompt et les fumées vont pénétrer dans la cheminée et s'évacuer. Le phénomène s'amplifie ensuite de lui-même par tirage. Inversement, des fumées s 'évacuant via la cheminée, le redémarrage, ou la montée en régime de l'unité de traitement des fumées permet de rétablir un équilibre hydrostatique dans la cheminée. Il n'est pas nécessaire de fermer de vanne. Il faut alors dans un premier temps vaincre les forces dues au tirage, la colonne fluide dans la cheminée étant chaude, et établir un équilibre mécanique. Puis, une fois que la colonne de fluide dans la cheminée est refroidie, qu'un équilibre thermique s'est créé, on est ramené à la situation « normale » décrite plus haut.
Par ailleurs, selon des modes de réalisation particuliers, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : une interface entre lesdites fumées à traiter et l'air ambiant s'étant établie dans ladite cheminée, on choisit ladite valeur de consigne de manière à ce que ladite interface se situe sensiblement à mi-hauteur de ladite cheminée. - on évalue une ou plusieurs compositions gazeuses à un ou plusieurs endroits choisis parmi les possibilités suivantes : à différentes hauteurs de ladite cheminée et/ou en des points situés dans lesdites fumées à traiter entre ladite combustion et ladite unité de traitement et/ou entre ladite combustion et ladite cheminée. lesdites fumées sont produites par une combustion à l'oxygène et ladite unité de traitement est une unité de purification du dioxyde de carbone contenu dans lesdites fumées.
L'injection des fumées à traiter dans l'unité de traitement est en général réalisée grâce à un moyen de compression, du type ventilateur ou compresseur.
La cheminée présente à tout moment une différence de pression hydrostatique, positive ou négative, entre sa base, c'est-à-dire l'endroit où les fumées sont potentiellement admises dans la cheminée, et un point de référence de pression hydrostatique. Ce point de référence doit être tel que la pression mesurée en ce point est indépendante de la composition et de l'état de la colonne de fluide dans la cheminée. Il peut s'agir par exemple d'un point situé à l'extérieur de la cheminée, au niveau de sa base, et soumis à la pression de Γ air ambiant .
On peut réguler cette différence de pression de la cheminée en agissant sur le débit de fumées à traiter admis dans l'unité de traitement. En effet, plus ce débit est élevé, plus la pression des fumées dans le système de canalisations baisse, en particulier au niveau de la base de la cheminée; la différence de pression hydrostatique de la cheminée est plus faible, ce qui a tendance à laisser pénétrer de l'air dans la cheminée. Inversement, plus ce débit injecté est faible, plus la pression monte à la base de la cheminée, plus la différence de pression hydrostatique de la cheminée est forte, ce qui a tendance à faire monter la colonne de fluide dans la cheminée, c'est-à-dire à y faire pénétrer des fumées.
En pratique, lorsque la cheminée est sensiblement à l'équilibre hydrostatique, une interface gazeuse entre l'air ambiant et les fumées comprenant une grande quantité de C02 et d'eau s'établit à une certaine hauteur dans la cheminée. Cette hauteur conditionne le poids de la colonne de fluide dans la cheminée, l'air et les fumées n'ayant a priori pas la même masse volumique. En régulant la différence de pression hydrostatique à une certaine valeur de consigne, on peut choisir à quelle hauteur s'établit l'interface. La valeur de consigne tient compte notamment de la composition et de la température des fumées et peut donc varier dans le temps. Le procédé peut comprendre la mesure ou l'évaluation de compositions gazeuses permettant au minimum de déterminer si l'on a affaire à de l'air ou des fumées. Ainsi, il est plus facile de contrôler la position de l'interface air/fumées dans la cheminée ou entre la combustion et l'unité de traitement et/ou la cheminée. Par purification du dioxyde de carbone contenu dans les fumées, on veut dire que l'unité de traitement est apte et destinée à retirer certains autres corps ou composés, de façon à obtenir un fluide plus concentré en C02 que les fumées à traiter injectées dans l'unité de traitement.
L'invention concerne également une installation de combustion et de traitement des fumées comprenant au moins :
- au moins une unité apte à et conçue pour réaliser une combustion produisant des fumées et au moins une unité de traitement apte à et conçue pour traiter lesdites fumées ; et
- un système de canalisations comprenant une partie apte à et conçue pour conduire lesdites fumées à traiter vers ladite unité de traitement et une autre partie apte à et conçue pour conduire lesdites fumées à traiter vers au moins une cheminée environnée par l'air ambiant ;
caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens de maintien d'un équilibre hydrostatique dans ladite cheminée, ladite partie apte à et conçue pour conduire lesdites fumées à traiter vers ladite cheminée étant ouverte, de manière à éviter, d'une part, que lesdites fumées à traiter ne sortent par ladite cheminée et, d'autre part, que ledit air ambiant ne pénètre dans ladite partie dudit système de canalisations apte à et conçue pour conduire lesdites fumées à traiter vers ladite unité de traitement.
Par ailleurs, selon des modes de réalisation particuliers, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - ladite cheminée, comportant une base interne, lesdits moyens de maintien d'un équilibre hydrostatique dans ladite cheminée comprennent un moyen de compression destiné à injecter lesdites fumées dans ladite unité de traitement avec un débit déterminé et un système d'asservissement dudit débit déterminé à la différence de pression entre un point situé dans ladite base interne de la cheminée et un point de référence situé dans ledit air ambiant. l'installation comporte en outre des moyens aptes à et conçus pour évaluer une ou plusieurs compositions gazeuses à un ou plusieurs endroits choisis parmi les possibilités suivantes : à différentes hauteurs de ladite cheminée et/ou en des points dudit système de canalisations. ladite unité apte à et conçue pour réaliser une combustion est connectée à au moins une source de gaz riche en oxygène apte et destiné à servir de comburant pour ladite combustion et que ladite unité de traitement apte à et conçue pour traiter lesdites fumées est une unité de purification du dioxyde de carbone contenu dans lesdites fumées. Le moyen de compression est en général un ventilateur, un compresseur ou un système composé de ventilateurs et/ou de compresseurs. Il doit être apte à modifier la pression hydrostatique dans le système de canalisation, en particulier à la base de la cheminée d'évacuation des fumées. Le but de la mesure ou de l'évaluation d'une ou plusieurs concentrations gazeuses dans le système de canalisations et/ou la cheminée est de pouvoir discriminer entre air et fumées et donc de détecter la position de l'interface air/fumées.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci- après, faite en référence aux figures, parmi lesquelles :
la figure 1 représente un dispositif de combustion et de traitement des fumées conforme à l'état de la technique ;
la figure 2 représente un exemple de dispositif de combustion et de traitement des fumées conforme à l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté une installation produisant de l'énergie. Elle comprend une chaudière 1 qui brûle un combustible et produit des fumées la, ainsi qu'une unité 2 de traitement des fumées. Cette unité 2 est conçue pour purifier le C02 contenu dans les fumées la. Un ventilateur 3, contrôlé en pression par un système 3a contrôle la pression dans la chambre de combustion de la chaudière 1. Des ventilateurs 4 et 5, contrôlés en débit, permettent le cas échéant de recycler des fumées dans la chaudière 1. Un système de canalisations lb, le, ld conduit les fumées la soit vers l'unité 2 de traitement, soit vers une cheminé 6 d'évacuation. Plus précisément, la partie lb, le du système de canalisations conduit vers l'unité 2. Une dérivation ld conduit vers la cheminée 6. Elle est pourvue d'une vanne d'isolement 7. La branche l e qui conduit vers l'unité 2 comporte une vanne d'isolement 8.
En fonctionnement normal, le compresseur 10 injecte les fumées à traiter dans l'unité 2. Il est contrôlé par un système 10a en fonction de la pression amont. La vanne 7 est fermée, de sorte que la cheminée 6 ne reçoit pas de fumées la. La vanne 8 est ouverte.
En cas d'arrêt de l'unité 2 de traitement des fumées, éventuellement dû à un arrêt du compresseur 10, on ferme la vanne 8 et on ouvre simultanément la vanne 7. Du fait du temps d'ouverture, la pression monte au point 9 et dans le système de canalisations à l'amont du point 9, ce qui peut entraîner un arrêt de la chaudière 1.
Inversement, au redémarrage de l'unité 2, alors que les fumées la sont évacuées par la cheminée 6, on ouvre la vanne 8 et on ferme la vanne 7. Le même problème peut se poser.
Sur la figure 2, le compresseur 10 comporte un système d'asservissement 10a la différence de pression hydrostatique entre un point 10c situé dans la base 6d de la cheminée 6 et un point de référence 10b situé à l'extérieur de la cheminée. Ainsi, la partie ld du système de canalisations menant à la cheminée restant ouverte (non fermée par une vanne 7), il est possible de réguler la différence de pression hydrostatique vue par la cheminée 6 en jouant sur le débit injecté par le compresseur 10 dans l'unité 2 de traitement des fumées, de sorte que l'air ambiant 6b ne rentre pas dans le système de canalisations lb, le, ld et que les fumées la ne sortent pas par la cheminée 6.
Il se forme dans la cheminée une interface gazeuse 6c entre l'air ambiant 6b et les fumées la. En régulant la différence de pression hydrostatique de la cheminée 6, on peut faire monter ou descendre l'interface 6c. En pratique, on la stabilise de préférence à mi- hauteur de la cheminée 6, de façon à minimiser les entrées-sorties de gaz via la cheminée 6.
De manière complémentaire, on peut placer des systèmes 11 d'évaluation de la concentration en C02 à différentes hauteurs de la cheminée 6, de manière à localiser l'interface 6c et à corriger la consigne de différence de pression hydrostatique de la cheminée 6. Une différence plus faible fait descendre l'interface 6c, tandis qu'une différence plus forte la fait remonter.
L'installation peut aussi comporter des moyens 12 d'évaluation de la composition gazeuse dans les parties lb, le et/ou ld du système de canalisation, pour détecter une entrée d'air ambiant 6b.
En cas d'arrêt ou de baisse de régime de l'unité 2, l'équilibre hydrostatique de la cheminée 6 est rompu et le trop plein de fumées la peut s'écouler via la cheminée 6 sans apparition d'une surpression significative en amont. L'unité de combustion 1 est donc protégée lorsque les fumées, en tout ou partie, doivent être évacuées sans traitement.

Claims

Revendications
Procédé de traitement des fumées (la) issues d'une combustion (1), dans lequel : on conduit lesdites fumées (la) à traiter soit jusqu'à au moins une unité de traitement (2), soit vers au moins une cheminée (6) débouchant dans l'air ambiant (6b), lesdites fumées (l a) étant en continuité fluide avec l'air ambiant (6b) via ladite cheminée (6),
on maintient ladite cheminée (6) en équilibre hydrostatique, de manière à empêcher, d'une part, lesdites fumées (la) de sortir par ladite cheminée (6) et, d'autre part, l'air ambiant (6b) d'atteindre ladite unité de traitement (2) en passant par ladite cheminée (6) ;
on injecte un débit déterminé de fumées (la) à traiter dans ladite unité de traitement (2) ; et
lorsque ladite cheminée (6) présente une différence de pression hydrostatique entre sa base interne (10c) et l'air ambiant (6b) en un point de référence (10b), on régule ledit débit déterminé de fumées (la) à traiter injecté dans ladite unité de traitement (2) de manière à maintenir ladite différence de pression à une valeur de consigne.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, une interface (6c) entre lesdites fumées (la) à traiter et l'air ambiant (6b) s 'étant établie dans ladite cheminée (6), on choisit ladite valeur de consigne de manière à ce que ladite interface (6c) se situe sensiblement à mi-hauteur de ladite cheminée (6).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on évalue une ou plusieurs compositions gazeuses à un ou plusieurs endroits (9, 10b, 10c, le) choisis parmi les possibilités suivantes : à différentes hauteurs de ladite cheminée (6) et/ou en des points situés dans lesdites fumées (la) à traiter entre ladite combustion (1) et ladite unité de traitement (2) et/ou entre ladite combustion (1) et ladite cheminée (6).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites fumées (la) sont produites par une combustion (1) à l'oxygène et que ladite unité de traitement (2) est une unité de purification du dioxyde de carbone contenu dans lesdites fumées (la).
5. Installation de combustion et de traitement des fumées (la) comprenant au moins au moins une unité (1) apte à et conçue pour réaliser une combustion produisant des fumées (la) et au moins une unité de traitement (2) apte à et conçue pour traiter lesdites fumées (la) ; et
- un système de canalisations (lb, le, ld) comprenant une partie (lb, le) apte à et conçue pour conduire lesdites fumées (la) à traiter vers ladite unité de traitement (2) et une autre partie (ld) apte à et conçue pour conduire lesdites fumées (la) à traiter vers au moins une cheminée (6) environnée par l'air ambiant (6b) ;
caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (10, 10a) de maintien d'un équilibre hydrostatique dans ladite cheminée (6), ladite partie (ld) apte à et conçue pour conduire lesdites fumées (l a) à traiter vers ladite cheminée (6) étant ouverte, de manière à éviter, d'une part, que lesdites fumées (la) à traiter ne sortent par ladite cheminée (6) et, d'autre part, que ledit air ambiant (6b) ne pénètre dans ladite partie (lb, le) dudit système de canalisations (lb, le, ld) apte à et conçue pour conduire lesdites fumées (la) à traiter vers ladite unité de traitement (2) ; ladite cheminée (6) comportant une base interne (6d), lesdits moyens (10, 10a) de maintien d'un équilibre hydrostatique dans ladite cheminée (6) comprennent un moyen de compression (10) destiné à injecter lesdites fumées (l a) dans ladite unité de traitement (2) avec un débit déterminé et un système (10a) d'asservissement dudit débit déterminé à la différence de pression entre un point (10c) situé dans ladite base interne (6d) de la cheminée (6) et un point de référence (10b) situé dans ledit air ambiant (6b).
Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (11, 12) aptes à et conçus pour évaluer une ou plusieurs compositions gazeuses à un ou plusieurs endroits (9, 10b, 10c, le) choisis parmi les possibilités suivantes : à différentes hauteurs de ladite cheminée (6) et/ou en des points dudit système de canalisations (lb, le, ld).
Installation selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce que ladite unité (1) apte à et conçue pour réaliser une combustion est connectée à au moins une source de gaz riche en oxygène apte et destiné à servir de comburant pour ladite combustion et que ladite unité de traitement (2) apte à et conçue pour traiter lesdites fumées (la) est une unité de purification du dioxyde de carbone contenu dans lesdites fumées (la).
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