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La présente invention est relative à un procédé permet- tant de réduire la détérioration des foyers ou fours lorsqu'on utilise un combustible contenant du soufre.
On a établi que les dépôts de substances acides provo- quent une importante somme de corrosion dans les foyers, lors- qu'on utilise une huile combustible contenant du soufre, et que le dépôt de ces substances acides est da au point de rosée élevé des gaz de combustion.
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On a établi également que le point de rosée élevé des gaz de combustion est dû à la présence d'anhydride sulfurique formé par l'oxydation catalytique d'anhydride sulfureux, et on a suggéré qu'en revêtant les surfaces intérieures des foyers, d'une pellicule de matière anti-catalytique, la formation d'an- hydride sulfurique sera empêchée et que, de ce fait, le point de rosée des gaz de combustion sera abaissé.
On a suggéré précédemment qu'en mélangeant de 1'ammoniac que aux gaz de combustion dans la zone de feu, le dépôt de cen- @ dres sur les parois du four sera réduit, mais la demanderesse croit.que ce processus n'a pas d'effet sur le point de rosée des gaz de combustion.
On a encore suggéré qu'afin d'empêcher une pollution de l'atmosphère, de l'ammoniaque puisse être mélangée avec les gaz de combustion, en quantités suffisantes pour neutraliser t tout l'anhydride sulfureux, et l'anhydride sulfurique présentqavan' libération des gaz de combustion dans l'atmosphère.
Un but de la présente invention est de prévoir un nou- veau procédé de réduction.de la corrosion dans les foyers, spéci- alement dans une installation de production de vapeur. Un autre but est de prévoir un foyer amélioré pour la combustion de com- bustibles contenant du soufre.
Suivant la présente invention,on prévoit un procédé qui comprend l'injection continue d'ammoniaque dans un foyer ou four, lorsqu'on utilise un combustible hydrocarboné ou carboné conte- nant du soufre, l'ammoniaque, utilisée en une quantité de'0,5% à 9% en poids par rapport au poids total de soufre sous formes élémentaire et combinée dans le combustible alimenté, étant injec- téedans une partie de la zone de combustion du foyer au-delà de la zone de feu, où la température est supérieure au point de rosée des gaz de combustion non traités et inférieure à celle à laquel- le l'ammoniaque serait oxydée.
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Par l'expression "gaz de combustin", on désigne les gaz consistant en ou contenant les produits de combustion du combus. tible. L'expression englobe les gaz partiellement brûlés, et les moyens d'injection seront ainsi disposés pour décharger de l'am- moniaque dans le courant de gaz au-delà de la zone de feu, en étant dans ou au-delà de la zone de combustion à basse tempéra- ture (invisible).
La partie de la zone de combustion, dans laquelle l'am- moniaque est injectée est,, de préférence,-à une température in- férieure à 100 C, plus spécialement inférieure à 500 C.
Le procédé décrit ici peut être appliqué lorsqu'on uti- lise tout combustible carboné ou hydrocarboné contenant du'soufre, par exemple, des gaz de raffinerie, du gaz de ville, des combus- tiblesde distillation ou résiduaires de pétrole, des goudrons acides, des goudrons de houille, des houilles tendres, des houil- les grasses, des anthracites, et des charbons et cokes pour pro- duction de vapeur. Le mode opératoire des foyers, décrit ici, con- vient spécialement lorsqu'on utilise une huile combustible rési- duaire dérivant du pétrole
Lorsqu'on utilise une huile combustible résiduaire con- tenant moins de 5% en poids de soufre, la quantité, d'ammoniaque injectée, en unité de temps, dans le foyer est comprise entre 0,03 et 0,1%, de préférence entre 0,06 et 0,1%, les pourcentages étant basés sur le poids de l'huile combustible.
Suivant un autre aspect de la présente invention, on a prévu un foyer amélioré, pour la combustion d'une huile combusti- ble résiduaire de pétrole, contenant du soufre, ce foyer compor- tant des moyens d'injection pour fournir du gaz ammoniac, ces moyens d'injection étant disposés de telle manière que, en fonc- tionnement, de l'ammoniaque soit déchargéedans un courant de gaz de combustion dans ce foyer, en un point où la température de ce foyer est supérieure au point de rosée des gaz de combustion non
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traités et inférieure à celle à laquelle l'ammoniaque serait oxydée .
En outre, on a prévu une chaudière améliorée de produc- tion de vapeur, utilisant la combustion d'une huile combustible résiduaire de pétrole, contenant du soufre, et comportant un éta- ge de préchauffage à tubes d'eau, cette chadière comportant des moyens d'injection pour alimenter un gaz ammoniac, disposés d'une de
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manière telle qU'enônctionnement,jl'anwoniaque soit déchargée dans un courant de gaz de combustion, après que ces gaz de coin- bustion ont passé sur les tubes de production de vapeur et avant leur passage à travers au moins une partie de cet étage de pré- chauffage.
L'ammoniaque peut être injectée sous forme gazeuse ou sous forme d'une solution aqueuse. Les moyens d'injection consis- tent, de préférence, en un ou des tubes perforés, par exemple sous la forme d'un conduit annulaire, conformé et disposé de tel- le manière qu'en fonctionnement, l'ammoniaque soit injectée sur pratiquement l'entièreté de la section transversale du courant de gaz de combustion.
D'autres procèdes d'introduction de l'ammoniaque sont :
1) la décharge de gaz ammoniac à travers des disques métalliques agglomérés, de préférence en acier, grâce auxquels la pression interne du collecteur et, de là, la vitesse de sortie sont aug- mentées, en réduisant ainsi l'effet des variations de la pres- sion externe par rapport aux points de décharge et en améliorant l'efficacité du mélange.
2) la dilution de gaz ammoniac avec un gaz de combustion, le mé- lange étant introduipar un distributeur tubulaire perforé.
3) l'utilisation d'une solution d'ammoniaque, introduite par un gicleur de pulvérisation ou d'atomisation.
Des dépôts de sels d'ammonium peuvent se fâire sur les surfaces d'échange de chaleur, et la pression de moyens permet- tant d'enlever ces dépôts sans arrêt du système est très désirable.
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Les foyers suivant la présente invention ou lorsqu'ils sont utili- sés suivant la méthode de la présente invention sont, de préfé- rence, prévus avec des accessoirs pour le lavage à l'eau, en char- ge ou non, des économiseurs et/ou réchauffeurs d'ai-.
On croit que l'ammoniaque neutralise l'anhydride sulfu- avec formation de sulfate d'ammonium et/ou de bisulfate d'ammonium, suivant les conditions régnant dans le foyer, l'anhy- dride sulfureux présent ne réagissant pas avec l'ammoniaque, car le produit, sulfite d'ammonium, est instable aux-températures se produisant dans le foyer. C'est ainsi que la quantité d'ammoniaque nécessaire sera la quantité stoachiométrique pour la neutralisa- tion de l'anhydride sulfurique,'et cette quantité théorique cadre très favorablement avec les résultats expérimentaux, comme on le verra aux tableaux ci-après.
L'invention est illustrée mais nu llement limitée par l'exemple suivant .
EXEMPLE L'appareil*utilisé consistait en un four comportant deux pièces principales, une chambre decombustion et une chambre "froide", qui sont maintenues respectivement à haute et à basse températures. Ces deux chambres étaient de conception semblable, sauf que la chambre de combustion avait 5 pieds 3 pouces de lon- gueur, tandis que la chambre "froide" avait une longueur de 1 pied 11 pouces. Les deux chambres étaient de forme cylindrique, leur axe étant prévu horizontalement. Elles avaient des diamètres extérieurs de 2 pieds 5 pouces et étaient reliées l'une à l'au- tre axialement.par un tube de silice d'une longueur de 2 pieds et d'un diamètre de 4 pouces.
Dans ces deux pièces, les parois étaient constituées par une enveloppe extérieure en acier doux, une couche de trois pouces d'épaisseur de briques isolantes, et une couche intérieure épaisse de 4 pouces et demi de Sillimanite
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réfractaire. Un appareil indicateur de point de rosée était monsé sur un.., conduite qui communiquait avec l'intérieur de la chambre
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ufroide 11. Un brûleur à 1#,ailLe à pression d'air moyenne du type en Y était :-.1or..té axialer..ent ]- eJTà.i<éàiitè d'entrée de la chambre de combustion et était ,'.'?C,'3 sur un C2.J:-ce:c auquel on délivrait de l'air µi-tcxé#f:. # ù<:.=:s pression par un. vjntilatsur à tirage force.
Le co#;;ù#="1;J2ù 2 C2.": fourni au brûleur eu provenance de 4x>u;r r" .ir':/-=1-rJ G ?.[, <#,J,?oe-=s, :.>éa,1:4:? thsii:.;s."iatiquei.iento Une j#<:.:.:. pe rotative du 17;"' #:.?gi<à..i##.;g:ù était uzjlisje, et le combustible était iùt-4 et ."'..J'uff la requise avant son entrée dans le ;::à?:iY;.r li l'air priiùJ,1-#.e pour la combustion était (>1:, i..,enu dL-ne 5.r,s.':->Eii;.Î;iàc>:;. d 1 [.,l:Ll:l':;ntatiol1 el f air de labora- toire.
La j;?:>== grKd i<=#±.;;.'-iR '¯6S gaz de combustion était d- chargée à ltaii..ir;i=ce?#é-="e par la cl:e:1.5,#1µe de la chanibre de combus- tion, mais une petite proportion de c#.5 gas: était enlevée à tra- vers la chambre 'tîroi>à±." par 1;- ete--,,-,tr,-ction. Les températures des s;a.z et du combustible étaient mesurées en divers points par des thi<r:#;J=::;;;ijpl.oe.#= <.i?;iroù:eJl,--.a,1.>aiiiel- oi; fer-constantan;
les branchements ds pris9 ±-e gas étaient montés sur les chambrer de combustion et "frcides" pour des analyses d'Orsat et des oxydes de soufre
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L'a-.oniaque .4t.ai!. adsise dans la chambre froide par in- jection d'un courar.t j2.16i anliydre provenant d'un cylindre sous pression,
Sous les conditions données au tableau 1, on obtenait les résultats donnés au tableau 2, en utilisant une charge d'ali-
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mentation d'huile ççmbU3t.i:Ü9 réÜduaire de pétrole ayant les caractéristiques physiques suivantes :
Poids spécifique 0,9345 à 60/60 F
Point d'éclair 188 F
Soufre 3,14% en poids
Pouvoir calorifique 18.560 unités thermi- ques britanniques par livre.
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Viscosité (Redwood n 1 à 100 F) 441 secondes Point de coulée 45 F Eau traces Cendres 0,032%
TABLEAU 1
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<tb> Vitesse <SEP> moyenne <SEP> d'alimentation <SEP> 6,80 <SEP> livres <SEP> par <SEP> heure
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> chambre <SEP> de <SEP> combustion <SEP> 1000 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> la <SEP> chambre <SEP> froide <SEP> 300 C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Excès <SEP> d'air <SEP> 25% <SEP> en <SEP> volumes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> de <SEP> rosée <SEP> (acide <SEP> sulfurique)
<SEP> des
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> de <SEP> combustion <SEP> provenant <SEP> de <SEP> la <SEP> char-
<tb>
<tb>
<tb> ge <SEP> d'alimentation <SEP> seulement <SEP> 139 C
<tb>
TABLEAU 2
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<tb> Concentration <SEP> d'ammo- <SEP> Point <SEP> de <SEP> rosée <SEP> Réaction <SEP> à <SEP> l'indicateur <SEP> de
<tb>
<tb> niaque, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> .
<SEP> des <SEP> gaz <SEP> de <SEP> point <SEP> de <SEP> rosée <SEP> (envers <SEP> 1'ir
<tb>
<tb> p/r <SEP> alimentation <SEP> combustion, <SEP> dicateur <SEP> de <SEP> méthylorange)
<tb>
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¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ C -.---
EMI7.4
<tb> 3,13 <SEP> <50 <SEP> neutre
<tb>
<tb> 2,74 <SEP> <44 <SEP> "
<tb>
<tb> 2,15 <SEP> @62 <SEP> "
<tb>
<tb> 1,77 <SEP> >62 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,074 <SEP> <54 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,056 <SEP> >46 <SEP> acide
<tb>
<tb> 0,042 <SEP> <52 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,030 <SEP> <50 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,028 <SEP> <49 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,021 <SEP> <50 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,015 <SEP> <87 <SEP> "
<tb>
<tb> 0,0094 <SEP> (139) <SEP> M <SEP> "
<tb>
<tb> 0,0067 <SEP> (139)M <SEP> "
<tb>
@le point de rosée effectivement mesuré était d'environ 10 C su- périeur à celui indiqué, du fait des effets nuisibles provenant,
croit-on, de la présence de bisulfate d' ammonium. Le chiffre don- né est celui des gaz en l'absence d'ammoniaque.
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En utilisant un indicateur de corrosion refroidi par air sous les conditions décrites ci-avant avec une injection d'am- moniaque à l'allure de 0,086% en poids de l'alimentation, les ré- sultats obtenus étaient ceux donnés au tableau 3. Le taux de cor- rosion est exprimé en mgr de fer pour une hémisphère en acier doux de 1 pouce de diamètre, par heure.
TABLEAU 3
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<tb> Température <SEP> de <SEP> l'in- <SEP> Taux <SEP> de <SEP> corrosion
<tb>
<tb>
<tb> dicateur <SEP> de <SEP> corro-
<tb>
<tb>
<tb> si-on <SEP> -- <SEP> sans <SEP> ammoniaque <SEP> Avec <SEP> ammoniaque <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 93 <SEP> 6,5 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 113 <SEP> 5,5 <SEP> 0,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 134 <SEP> 2,6 <SEP> 0,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 160 <SEP> 1,1 <SEP> 0,2
<tb>
La quotité stodchiométrique d'ammoniaque pour une neu- tralisation totale de SO2 (en sulfate d'ammonium) = 0,6 gr/heure
3 0,6% en poids par rapport à l'alimentation( en supposant une teneur moyenne SO3 des gaz de combustion secs = 0,003% vol.)
Pour la formation de bisulfate d'ammonium, il faut 0,3 gr/heure = 0,03% en poids par rapport à l'alimentation.
L'appareil suivant la présente invention est illustré mais non limité par les figures 1 à 3 annexées.
La figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'une chaudière aquatubulaire, chauffée par huile combustible, avec circulation forcée, et ce suivant l'invention.
La figure 2 est une vue schématique du système d'alimen- tation de gaz avec une vue en plan de l'économiseur et su système d'injection d'ammoniaque.
La figure 3 est une vue en élévation du système d'injec- tion d'ammoniaque.
En se référant aux figures, la chaudière comprend essen- tiellement : (a) des tubes rayonnants dans la zone 1
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(b) des tubes surchauffeurs dans la zone 2 (c) un tambour de vapeur 3 (d) cinq rangées de tubes économiseurs horizontaux dans les zones 4yant une entrée d'eau 5 et une sortie d'eau 6.
La chaudière est pourvue de trois brûleurs à huile 7 et est isolée par des parois 8. Les tubes économiseurs sont sépa- rés des tubes rayonnants par une paroi isolante 9 par laquelle les gaz de combustion sont déviés vers le bas sur les cinq ran- gées d'économiseurs vers la sortie 10 des gaz de combustion.
L'ammoniaque est amenée par la conduite 11 à un distribu- teur annulaire 12 supporté,sur la plus élevée des rangées de tu- bes économiseurs) par des soutiens 14.
Deux cylindres d'ammoniaque 15 et un cylindre d'azote 16 (utilisé pour libérer les conduits, de l'air, avant l'injection d'ammoniaque) sont reliés. par des vannes 17 à une canalisation 18 comportant un manomètre 19. De' la canalisation 18, le gaz passe travers la vanne de réduction de pression 20 et par une soupape de débit à pointeau 21 vers un dispositif mesureur/22 (par exemple, un "Rotamètre") et, de là, par la conduite 23, à laquelle est éga- lement attaché un manomètre 24, vers le distributeur annulaire 12 qui comporte des orifices de décharge 13a, 13b et 13c.
La dimension des orifices de décharge est modifiée, comme nécessité,par les conditons qui prévalent dans l'économiseur, en vue d'obtenir une distribution sensiblement uniforme d'ammonique.
A titre d'illustration, dans une chaudière ayant,une capacité de régime maximum de 11 tonnes de vapeur par heure, une pression de vapeur et une température maxima respectivement de 30 kg/cm2 et de 400 C, des températures d'admission et de sortie d'eau de 70 C et de'200003 et des températures de gaz de combus- tion, immédiatement au-dessus et en dessous de l'économiseur, respectivement de 350 C et de 100-112 C, le distributeur d'ammo- niaque était conçu pour opérer à un taux d'alimentation moyen .
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d'ammoniaque de 1000 litres (calculé à 15,5 C et à une pression de 760 mm de mercure) par heure, et les dimensions des trous de sortie étaient les suivantes : 13(a) : 1/8 pouce ; 13 (b) : 3/16 pouce ; et 13(c) : 1/4 pouce.
Comme signalé ci-avant, le but de la présente invention est de prévoir une nouvelle méthode permettant de réduire la corrosion des foyers ou fours, et de prévoir un foyer perfection- né pour la combustion de combustibles contenant du soufre. Cepen- dant, on comprendra qu'en opérant de la manière décrite, d'autres avantages peuvent être obtenus; c'est ainsi, par exemple, que la pollution de l'air par des composants acides dans ou formés à partir des gaz de combustion peut être diminuée.
REVENDICATIONS
1. Un procédé permettant de réduire la corrosion dans les foyers ou fours, lorsqu'on utilise un combustible carboné ou hy- drocarboné contenant du soufre, qui comprend l'injection continue d'ammoniaque dans le foyer, en une quantité de 0,5 à 9% en poids par rapport au poids total de soufre sous forme élémentaire et sous forme combinée dans le combustible alimenté au foyer, cette ammoniaque étant injectée dans une partie de la zone de combus- tion du foyer au-delà de la zone de feu, où la température est supérieure au point de rosée des gaz de combustion non traités et inférieure à celle à laquelle l'ammoniaque serait oxydée.