FR2869672A1 - Gas injector for boiler furnace, has injection conduit constituted of four concentric cylinders, where residue circulates at centre of one cylinder, and oxygen enriched gas circulates between other two cylinders - Google Patents

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Abstract

The injector has an injection conduit (54) constituted of four concentric cylinders (540-543), where residue (51) circulates at the centre of the cylinder (540), oxygen enriched gas (52) circulates between the cylinders (540, 541) and cooling liquid (53) circulates between the cylinders (541-543). The injector is installed in a recirculation duct for smokes.

Description

La présente invention concerne un dispositif pour brûler les résidus duThe present invention relates to a device for burning the residues of the

raffinage du pétrole avec une minimisation des émissions d'oxydes d'azote et de poussières.  oil refining with minimization of emissions of nitrogen oxides and dust.

Ces résidus, dont les goudrons, les asphaltes et les bitumes sont peu valorisables et recouvrent notamment des produits solides à température ambiante et d'une viscosité supérieure à 500 centistoke à 100 C. Ils sont habituellement brûlés par les raffineries pour leur usage propre. Par exemple, la production de diesel léger pour l'automobile en Europe favorise la production de ces résidus.  These residues, including tars, asphalts and bitumens are poorly recoverable and include solid products at room temperature and a viscosity greater than 500 centistoke at 100 C. They are usually burned by refineries for their own use. For example, the production of light diesel for cars in Europe favors the production of these residues.

io Leur combustion dans des chaudières classiques est dommageable pour l'environnement et les nouvelles normes sur les émissions d'oxydes de soufre notamment en Europe et en France rendront cette solution impossible. Ces limitations s'appliqueront également aux poussières, aux hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et aux composés organiques volatils (COV).  Their combustion in conventional boilers is damaging to the environment and the new standards on sulfur oxide emissions, particularly in Europe and France, will make this solution impossible. These limitations will also apply to dust, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and volatile organic compounds (VOCs).

Il est possible au lieu de brûler ces résidus, d'utiliser d'autres traitements plus respectueux de l'environnement mais plus complexes et plus coûteux. On peut ainsi faire une gazéification qui soit intégrée dans un cycle combiné ou une conversion profonde qui valorise le résidu en résidu ultime comme du coke de pétrole par exemple.  It is possible instead of burning these residues, to use other more environmentally friendly but more complex and expensive treatments. It can thus be a gasification that is integrated in a combined cycle or a deep conversion that values the residue in ultimate residue such as petroleum coke for example.

L'augmentation de la production de résidus dits "de fond de baril" ou de goudron, notamment en Europe, qui est aujourd'hui brûlée par les raffineurs dans de chaudières classiques entraînera par ailleurs une modification des traitements de ces résidus.  Increasing the production of so-called 'bottom-of-barrel' or tar residues, particularly in Europe, which is now being burnt by refiners in conventional boilers will also lead to a change in the treatment of these residues.

L'objet de la présente invention est de proposer un dispositif d'injection qui puissent être utilisés sur les installations existantes, notamment les chaudières à chauffe tangentielle, et qui permettent de réduire de façon significative les émissions de polluants, principalement des oxydes d'azote et des poussières de carbone imbrûlé.  The object of the present invention is to propose an injection device that can be used on existing installations, in particular tangentially fired boilers, and that can significantly reduce pollutant emissions, mainly nitrogen oxides. and unburnt carbon dust.

Le dispositif d'injection de gaz dans un foyer de chaudière selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est implanté dans une gaine de recirculation des fumées et qu'il comprend des tubes concentriques d'injection de gaz. La combinaison des deux injections crée une zone chaude de conversion. Le dispositif pourra être implanté à plusieurs endroits dans le foyer de la chaudière.  The device for injecting gas into a boiler furnace according to the invention is characterized in that it is implanted in a flue gas recirculation duct and that it comprises concentric gas injection tubes. The combination of the two injections creates a hot conversion zone. The device can be implanted in several places in the furnace of the boiler.

Selon une caractéristique particulière, le dispositif est disposé sensiblement perpendiculaire dans le plan horizontal aux parois du foyer. L'emplacement, l'inclinaison et la déviation dans le plan o horizontal du dispositif sont adaptés en fonction de l'architecture de la chaudière pour favoriser la pénétration dans la zone chaude de combustion qui est tourbillonnante. La gaine d'amenée de fumées recirculées peut ainsi être en forme de coude, ce qui induit une rotation sensiblement horizontale supplémentaire au flux entrant, elle est donc conçue pour créer ou augmenter le flux rotatif à axe sensiblement vertical de la fumée recirculée dans le foyer Selon une autre caractéristique particulière, le dispositif est disposé sensiblement incliné verticalement vers le bas du foyer. L'inclinaison est de préférence inférieure à 45 .  According to a particular characteristic, the device is disposed substantially perpendicular in the horizontal plane to the walls of the fireplace. The location, inclination and deviation in the horizontal plane o of the device are adapted according to the architecture of the boiler to promote penetration into the hot zone of combustion which is swirling. The recirculated flue gas supply duct can thus be in the form of a bend, which induces a substantially horizontal rotation additional to the incoming flow, it is therefore designed to create or increase the rotary flow with a substantially vertical axis of the recirculated smoke in the hearth. According to another particular feature, the device is disposed substantially inclined vertically downward of the focus. The inclination is preferably less than 45.

Selon une seconde caractéristique particulière, le dispositif comprend un circuit de refroidissement. La température au nez du dispositif d'injection est telle qu'il est nécessaire de le refroidir.  According to a second particular characteristic, the device comprises a cooling circuit. The temperature at the nose of the injection device is such that it is necessary to cool it.

Selon une troisième caractéristique, le dispositif est balayé par un gaz. Afin d'éviter le bouchage du dispositif par les poussières venant du 25 foyer, un gaz balaie le dispositif.  According to a third characteristic, the device is swept by a gas. In order to prevent clogging of the device by dust from the furnace, a gas scans the device.

Selon une quatrième caractéristique, le dispositif est rétractable. Il est donc possible de faire l'entretien pendant le fonctionnement de la chaudière.  According to a fourth characteristic, the device is retractable. It is therefore possible to perform the maintenance during the operation of the boiler.

Selon une cinquième caractéristique, le dispositif comprend un 30 pilote d'allumage au gaz. Ce pilote d'allumage favorise l'autoallumage du résidu.  According to a fifth characteristic, the device comprises a gas ignition pilot. This pilot ignition promotes self ignition of the residue.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe verticale d'une chaudière selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe de la chaudière selon l'invention, - la figure 3 est une détaillée en coupe d'un injecteur selon l'invention en position d'injection, io - la figure 4 est une vue détaillée en coupe de l'injecteur de la figure 3 en position rétractée, - la figure 5 est une vue détaillée en coupe du conduit d'injecteur.  The invention will be better understood on reading the following description given solely by way of example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a vertical sectional view of a boiler according to FIG. FIG. 2 is a sectional view of the boiler according to the invention, FIG. 3 is a detailed sectional view of an injector according to the invention in the injection position, FIG. Figure 5 is a sectional view of the injector of Figure 3 in the retracted position, Figure 5 is a detailed sectional view of the injector conduit.

Sur la figure 1, la chaudière 1 comporte un foyer 2 dans lequel arrivent des combustibles 3 entourés d'air chaud 4. Des injecteurs 5 injectent de l'oxygène ou du gaz contenant de l'oxygène 50, le résidu 51 et éventuellement des fumées recyclées 52. Un liquide de refroidissement 53, tel que de l'eau, circule dans l'injecteur 5 pour assurer son refroidissement. Ces injecteurs 5 sont placés à la hauteur de la zone 20 plus chaude du foyer 2. De l'air complémentaire est injecté pour étager la combustion par des injecteurs 6, afin de réduire les émissions d'oxydes d'azote, ces injecteurs 6 sont implantés au dessus des injecteurs 5 de façon à obtenir un temps de séjour des fumées de 0,2 à 5 secondes entre les deux niveaux d'injection 5 et 6.  In FIG. 1, the boiler 1 comprises a furnace 2 in which fuel 3 is placed surrounded by hot air 4. Injectors 5 inject oxygen or gas containing oxygen 50, residue 51 and possibly fumes recycled 52. A cooling liquid 53, such as water, circulates in the injector 5 to ensure its cooling. These injectors 5 are placed at the height of the warmer zone 20 of the firebox 2. Complementary air is injected for staging the combustion by injectors 6, in order to reduce the emissions of nitrogen oxides, these injectors 6 are implanted above the injectors 5 so as to obtain a flue gas residence time of 0.2 to 5 seconds between the two injection levels 5 and 6.

La figure 2 est la chaudière 1 de la figure 1 vue de dessus à la hauteur de la zone chaude 20. Les injections de combustible 3 et d'air chaud 4 sont disposées dans les angles de la chaudière 1. Les injecteurs 5 sont sur cette variante placés au milieu des parois latérales 21 du foyer 2, mais ils pourraient être placés dans les angles. L'injection du combustible 3 dans les angles crée un tourbillon 200 à axe vertical vers lequel est orienté le résidu 51 et le gaz 50.  FIG. 2 is the boiler 1 of FIG. 1 seen from above at the height of the hot zone 20. The injections of fuel 3 and of hot air 4 are arranged in the corners of the boiler 1. The injectors 5 are on this variant placed in the middle of the side walls 21 of the hearth 2, but they could be placed in the corners. The injection of the fuel 3 into the corners creates a vortex 200 with a vertical axis towards which the residue 51 and the gas 50 are oriented.

L'injecteur 5 détaillé figure 3, comprend un conduit 500 d'amenée d'oxygène ou du gaz contenant de l'oxygène 50, un conduit 510 pour le résidu 51 et un conduit d'arrivée 530 du liquide de refroidissement 53 et un conduit 531 de retour dudit liquide 53. Les fumées recyclées 52 arrivent par la canalisation 520. L'injecteur 5 est incliné vers le bas d'un angle inférieur à 45 pour favoriser la pénétration du résidu 51 dans la zone chaude 20. La zone 22 est la zone de gazéification du résidu 51, en dessous on trouve la zone 23 de combustion au dessus on trouve la zone 24 de post-combustion.  The injector 5 detailed in FIG. 3 comprises an oxygen supply duct 500 or oxygen-containing gas 50, a duct 510 for the residue 51 and an inlet duct 530 of the cooling liquid 53 and a duct 531 return of said liquid 53. The recycled fumes 52 arrive via the pipe 520. The injector 5 is inclined downwards by an angle less than 45 to promote the penetration of the residue 51 in the hot zone 20. The zone 22 is the gasification zone of the residue 51, below is the zone 23 of combustion above there is the zone 24 of post-combustion.

o Le conduit d'injection 54 dans le foyer 2 est visible sur la figure 5, il est constitué de quatre cylindres concentriques; au centre dans le cylindre central 540 circule le résidu 51, entre le cylindre 540 et le cylindre suivant 541 circule le gaz enrichi en oxygène 50, puis entre les cylindres 541 et 542 et 543 circule le liquide de refroidissement 53 qui fait un aller retour dans le conduit 54. L'aller est fait entre les cylindres 542 et 543 qui est le plus proche de l'extérieur pour faciliter le refroidissement et le retour est fait entre les cylindres 541 et 542 intérieurs.  o The injection pipe 54 in the hearth 2 is visible in Figure 5, it consists of four concentric cylinders; in the center in the central cylinder 540 circulates the residue 51, between the cylinder 540 and the next cylinder 541 circulates the oxygen enriched gas 50, then between the cylinders 541 and 542 and 543 circulates the cooling liquid 53 which makes a round trip in the conduit 54. The going is made between the cylinders 542 and 543 which is the closest to the outside to facilitate cooling and the return is made between the cylinders 541 and 542 interiors.

Les fumées 52 arrivent par le conduit 520, passent dans le conduit 521 de l'injecteur 5 pour être ensuite dirigées dans le foyer 2 (cf. figure 3).  The fumes 52 arrive via the conduit 520, pass into the conduit 521 of the injector 5 to be then directed into the fireplace 2 (see Figure 3).

La figure 4 illustre l'injecteur 5 en position rétractée, l'ensemble constitué du conduit 54 et des conduits 530, 531, 510 et 500 reculent dans le conduit 521 d'amenée des fumées 52 afin que l'entretien en service soit fait sur cet ensemble de l'injecteur 5.  FIG. 4 illustrates the injector 5 in the retracted position, the assembly consisting of the duct 54 and the ducts 530, 531, 510 and 500 retract into the flue gas supply duct 521 so that the service maintenance is done on this set of the injector 5.

Nous allons maintenant décrire le mode de fonctionnement du procédé. Le combustible 3 et l'air chaud 4 sont injectés dans la partie basse 23 du foyer 2. La combustion se développe et la zone 20 située au dessus des brûleurs 30 est la plus chaude. Les résidus 51 et le gaz enrichi en oxygène 50 sont injectés dans cette zone 20 où les résidus 51 sont craqués et réduits en produits élémentaires combustibles.  We will now describe the mode of operation of the process. The fuel 3 and the hot air 4 are injected into the lower part 23 of the combustion chamber 2. The combustion develops and the zone 20 located above the burners 30 is the hottest. The residues 51 and the oxygen enriched gas 50 are injected into this zone 20 where the residues 51 are cracked and reduced to combustible elemental products.

L'injection simultanée concentrique des fumées recyclées 52 par les injecteurs 5, apporte au jet de gaz enrichi en oxygène ou à l'oxygène 50 et de résidu 51, une quantité de mouvement favorisant la pénétration du résidu 51 et du gaz 50 dans l'écoulement cyclonique à axe vertical 200 du foyer 2 et elle crée une zone chaude de conversion favorisant la combustion du résidu 51.  The concentric simultaneous injection of the recycled fumes 52 by the injectors 5, brings to the jet of gas enriched in oxygen or oxygen 50 and residue 51, an amount of movement promoting the penetration of the residue 51 and the gas 50 into the 200 vertical axis cyclical flow of the hearth 2 and it creates a hot conversion zone promoting the combustion of the residue 51.

Le nombre d'injecteurs 5 à implanter dans le foyer 2 sera défini en fonction des propriétés du résidu 51 à brûler. Ils pourront être disposés sur un ou plusieurs niveaux en fonction du flux thermique admissible par les parois 21 et du lissage des pics de température o souhaité des fumées à l'attaque des faisceaux d'échangeurs 7.  The number of injectors 5 to be implanted in the hearth 2 will be defined according to the properties of the residue 51 to be burned. They may be arranged on one or more levels depending on the permissible thermal flux through the walls 21 and the smoothness of the desired temperature peaks o fumes to attack the exchanger bundles 7.

L'inclinaison des injecteurs 5 et leur déviation dans le sens vertical est inférieur à 45 .  The inclination of the injectors 5 and their deflection in the vertical direction is less than 45.

L'injection 5 comprend un pilote d'allumage au gaz ce qui va favoriser l'autoallumage du résidu 51.  The injection 5 comprises a gas ignition pilot which will promote the self ignition of the residue 51.

Claims (7)

REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection de gaz (5) dans un foyer (2) de chaudière (1) à chauffe tangentielle, caractérisé en ce qu'il est implanté dans une gaine (521) de recirculation des fumées (52) et qu'il comprend des tubes concentriques (540, 541, 542, 543) d'injection de gaz.  1. Device for injecting gas (5) into a furnace (2) of a tangentially heated boiler (1), characterized in that it is implanted in a sheath (521) for recirculating fumes (52) and that it comprises concentric tubes (540, 541, 542, 543) for injecting gas. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est disposé sensiblement perpendiculaire, dans le plan horizontal, aux parois (21) du foyer (2).  2. Device according to the preceding claim, characterized in that it is arranged substantially perpendicular, in the horizontal plane, the walls (21) of the hearth (2). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est io disposé sensiblement incliné verticalement vers le bas du foyer (2).  3. Device according to claim 1, characterized in that it is disposed substantially inclined vertically downward of the hearth (2). 4. Dispositif selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de refroidissement (53, 530, 531, 541, 542, 543)  4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a cooling circuit (53, 530, 531, 541, 542, 543) 5. Dispositif selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 15 qu'il est balayé par des gaz.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is swept by gases. 6. Dispositif selon une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est rétractable.  6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is retractable. 7. Dispositif selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un pilote d'allumage au gaz.  7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a gas ignition pilot.
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