Installations de combustion de biocarburants. Chaudières à lit fluidisé. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Lorsque le combustible est brûlé dans des fours à haute température, une grande quantité de dioxyde d'azote NO₂. C'est un gaz brun très toxique à l'odeur suffocante. Lorsque la température dans le four chute à 1000°C et moins, presque aucun dioxyde d'azote ne se forme. Ceci est réalisé en brûlant des combustibles solides (houille et charbon brun, schiste bitumineux, déchets de bois, ordures ménagères, etc.) dans un lit fluidisé (pseudo-liquéfié).

Le matériau combustible à grains fins placé sur la grille du four est soufflé par le bas avec de l'air à une vitesse dépassant la limite de stabilité de la couche dense. Le "taux de liquéfaction" dépend de la densité du matériau combustible et de la taille des particules, il est généralement compris entre 0,9 et 2,3 m / s. Les états possibles du système "gaz - particules de carburant" sont illustrés à la fig. 5.1.

Fig.5.1. Fours à lit fluidisé : combustion à 1 couche ; 2 - lit fluidisé à bulles; 3 - passage au transport pneumatique ; 4 - lit fluidisé circulant

Lorsque le taux de purge est inférieur au taux critique (schéma 1), les particules de combustible se trouvent dans une couche dense. Il s'agit d'une chambre de combustion ordinaire. Dans le four à lit fluidisé (schéma 2), l'air primaire est fourni par le bas, le combustible broyé est introduit par la buse de gauche. Si le taux de liquéfaction est dépassé, une circulation intensive de particules se produit dans la couche, ressemblant à l'ébullition nucléée d'un liquide. Une partie de l'air traverse une telle couche sous forme de bulles, qui mélangent davantage le matériau combustible. Les particules circulent dans le volume de la couche jusqu'à leur extinction complète. L'air secondaire est introduit par le tuyau droit pour brûler les particules transportées hors du lit.

Avec une augmentation supplémentaire de la vitesse de soufflage (schéma 3), un nombre croissant de petites particules sont retirées du lit fluidisé et une transition vers le mode de transport pneumatique se produit. Dans ce cas, il est conseillé d'utiliser la séparation des combustibles imbrûlés (généralement dans les appareils d'épuration des gaz à cyclone) avec retour des particules séparées vers le lit fluidisé (Schéma 4). Ce mode de fonctionnement du four est appelé "lit fluidisé circulant".

Des tuyaux avec un liquide de refroidissement chauffé sont placés à l'intérieur de la couche, ce qui élimine la chaleur générée. Le contact avec des particules de combustible en mouvement entraîne une intensification significative du transfert de chaleur. Du fait de la température de combustion relativement basse dans les fours à lit fluidisé, les cendres ne fondent pas et ne collent donc pas aux surfaces d'échange thermique de la chaudière. De ce fait, le coût de nettoyage des surfaces d'échange thermique est réduit.

Le lit fluidisé est constitué d'au moins 90 % de particules de cendres ou d'un matériau inerte spécialement ajouté (calcaire, dolomie, copeaux d'argile réfractaire). Par conséquent, les matériaux à très haute teneur en cendres peuvent être brûlés dans un lit fluidisé. L'introduction de calcaire permet de réduire drastiquement les émissions de dioxyde de soufre SO₂ - ce gaz toxique se transforme en gypse CaSO inoffensif₄retiré du four avec la cendre. Une augmentation de la concentration en combustible dans la couche conduirait à l'apparition d'hydrogène H dans les produits de combustion₂ et monoxyde de carbone CO.

Les fours à lit fluidisé sont largement utilisés dans l'industrie pour la torréfaction de divers minerais, pyrites dans la production d'acide sulfurique, etc. En Finlande et en Suède, les chaudières à lit fluidisé sont largement utilisées pour l'élimination des déchets de l'industrie forestière (copeaux de bois, écorces, sciure) et pour la combustion de la tourbe broyée et engazonnée. Aux États-Unis, en Angleterre, en France, les chaudières à lit fluidisé sont de plus en plus utilisées dans les centrales thermiques. Aux États-Unis, la capacité des chaudières à lit fluidisé a atteint 200 MW. Sur la fig. 5.2 montre un schéma d'un four à lit fluidisé circulant de BDC (USA).

Fig.5.2. Four à lit fluidisé BDC : 1 - air primaire ; 2 - calcaire; 3 - carburant; 4 - air secondaire ; 5 - chambre du four; 6 - cyclone ; 7- approvisionnement en eau; 8 - air

L'air primaire est fourni au tuyau de dérivation 1, le calcaire broyé est fourni via le distributeur à vis 2 et le carburant est fourni via le tuyau de dérivation 3. Dans le volume 5, la combustion des particules de combustible en suspension se poursuit. Dans le cyclone 6, les gaz d'échappement sont épurés. Les particules piégées brûlent dans le bunker, qui contient des échangeurs de chaleur en serpentin qui chauffent l'eau d'alimentation de la chaudière. De l'air supplémentaire pour la post-combustion des solides entraînés est fourni par le tuyau 8.

L'utilisation de fours à lit fluidisé permet d'utiliser une énorme quantité de déchets de charbon accumulés dans les tas de déchets à proximité des mines de charbon et des usines de traitement. Les stériles contiennent une quantité importante de combustible solide non utilisé, dont la combustion spontanée entraîne une pollution de l'air par des fumées, des oxydes de soufre et d'azote.

Auteur : Labeish V.G.

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