FR2872886A1 - Procede et dispositif de generation de vapeur d'eau adapte a l'oxy-combustion - Google Patents

Abstract

L'invention fournit une chaudière adaptée à l'oxy-combustion (30) comprenant une chambre de combustion (31), un réchauffeur d'eau (33) et un vaporiseur (38, 40), dans laquelle la chambre de combustion (31) comprend au moins en partie le réchauffeur d'eau (33).L'invention fournit encore un procédé d'oxy-combustion avec génération d'eau chaude, comprenant le réchauffage d'eau froide par la flamme d'oxy-combustion en un fluide réchauffé.Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GENERATION

DE VAPEUR D'EAU ADAPTE A L'OXY-COMBUSTION

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention a pour objet un procédé de génération de vapeur adapté à l'oxy-combustion, c'est-à-dire à la combustion d'un combustible fossile avec de l'oxygène, ou de l'air enrichi en oxygène comme comburant. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour sa mise en oeuvre. ETAT DE LA TECHNIQUE La combustion à l'oxygène ou oxy-combustion est actuellement une des voies les plus attractives envisagées pour continuer à utiliser des combustibles fossiles tout en limitant les émissions de 002 dans l'atmosphère. En effet, la combustion de ces combustibles avec de l'air entraîne la formation de 002 fortement dilué dans l'azote de l'air de combustion qui forme un ballast important: le 002 ne représente en général que 10 à 15% des produits de la combustion La réinjection de 002 est une des techniques actuellement envisagées pour limiter l'émission dans l'atmosphère. Pour une combustion à l'air, il est alors nécessaire, pour une tonne de 002 réinjecté de produire 0,3 à 0,5 tonne de 002 additionnel (selon le type de combustible) pour les besoins énergétiques de la séparation ou capture du 002. L'efficacité est d'environ 50%. Pour une combustion avec de l'oxygène, dans la mesure où la production d'oxygène génère nettement moins de 002 qu'il n'en faut pour séparer les gaz d'exhaure comme ci-dessus, l'efficacité est accrue d'environ 30 à 50%. Ainsi, dans le cas de l'oxy-combustion, le 002 représente, après condensation de la vapeur d'eau produite par la combustion, en général environ 90% des gaz d'exhaure, le reste 22279.doc-08/07/04-1/20 comprenant de l'azote et de l'argon résiduels contenus dans l'oxygène utilisé comme comburant, de l'oxygène introduit en excès pour obtenir une combustion complète du combustible et d'autres gaz formés durant la combustion (NOX, SON) . On peut ainsi aisément réinjecter le CO2 avec une pureté de 95% ou plus après séparation de tout ou partie des incondensables.

Le problème principal induit par la combustion avec de l'oxygène pur ou de l'air fortement enrichi en oxygène est la très forte température de la flamme. Celle-ci peut en effet dépasser 3000 C alors qu'elle se situe normalement autour de 2000 C pour la combustion classique dans l'air.

Cette température de flamme très élevée entraîne des flux de chaleur par rayonnement élevés qui ne sont pas compatibles avec le fonctionnement d'une chaudière conventionnelle. En effet dans une chaudière conventionnelle, la chambre de combustion est entourée de tubes dans lesquels s'effectue la vaporisation de l'eau et/ou la surchauffe. Si les flux de chaleur sont trop importants, on peut arriver à une situation où les tubes se vident de leur eau. Le fluide en contact avec la paroi chaude n'est plus alors que de la vapeur d'eau dont la capacité calorifique est très nettement inférieure à celle de l'eau, donc avec une efficacité de refroidissement nettement plus faible. Une telle situation entraîne rapidement la destruction des tubes par surchauffe. Ce phénomène est aussi connu dans l'art sous le nom de "dry out" ou "burn out".

Une première solution consiste à diluer les gaz de flamme avec le CO2 produit. Cependant, un tel recyclage nécessite un équipement important. On recherche donc une solution sans recyclage de CO2.

Le phénomène de "dry-out" est fonction du flux de chaleur reçu et du titre en vapeur dans le mélange (plus il y a de vapeur, plus on se rapproche des conditions de dry- out). La maîtrise des flux de chaleur qu'il faut absorber sur la paroi est très difficile. Une solution pour maîtriser ces flux consiste à recouvrir les parois des 22279.doc-08/07/04-2/20 2872886 3 tubes de matériaux réfractaires. Toutefois, cette solution diminue sensiblement l'efficacité des surfaces d'échange dans la chambre de combustion et augmente le coût d'installation.

Il est aussi connu que pour éviter ce phénomène de "dry-out", de l'eau surpressée a été utilisée dans l'industrie nucléaire, laquelle surpression prévient l'ébullition au niveau de l'interface crayon/gaine. Cependant, il s'agit ici de gérer un phénomène de conduction (côté crayon) qui suit une loi proportionnelle à l'écart de température, avec une température de la gaine qui est relativement faible.

De façon distincte, dans le cas des chaudières avec flammes, il s'agit de gérer un phénomène de rayonnement, qui suit une loi de Stefan-Bolzmann, proportionnelle au bicarré de la température absolue et faisant intervenir des facteurs d'émissivité et d'absorption. En outre, le passage d'une combustion classique à 2000 C à une oxy-combustion à 3000 C conduit à un écart de température de 1000 C, soit environ 50% de plus. L'écart en termes de chaleur rayonnée est alors multiplié par plus de 4. La puissance surfacique reçue par les parois dans le cas de l'oxy- combustion peut ainsi largement dépasser 1000 kW/m2.

US-P-6619041 décrit une chaudière avec oxy-combustion sans recyclage et ses équipements constitutifs. La chaudière décrite présente un réchauffeur d'eau dans la section "froide" des fumées et non dans le foyer.

Aucun autre brevet relatif à l'oxy-combustion ne divulgue l'installation du réchauffeur d'eau dans le foyer.

Rien dans l'état de la technique ne décrit donc ni ne suggère la présente invention.

Claims (31)

RESUME DE L'INVENTION L'invention est basée sur le concept d'inversion, par rapport à une chaudière conventionnelle, de la circulation générale des produits de combustion (fluide chaud) à l'eau pet à la vapeur (fluides froids). L'invention fournit une chaudière adaptée à l'oxycombustion comprenant une chambre de combustion, un 22279.doc-08/07/04-3/20 réchauffeur d'eau et un vaporiseur, dans laquelle la chambre de combustion comprend au moins en partie le réchauffeur d'eau. Selon un mode de réalisation, la chambre de combustion 5 comprend totalement le réchauffeur. Selon un mode de réalisation, le réchauffeur comprend un premier faisceau de tubes indépendants, selon un pas de 2 à 3. Selon un mode de réalisation, le réchauffeur comprend un premier faisceau de tubes cannelés intérieurement. Selon une première variante, le vaporiseur est un vaporiseur par rayonnement. Selon une seconde variante, le vaporiseur comprend un vaporiseur par rayonnement et un vaporiseur à convection. Selon une troisième variante, le vaporiseur est un vaporiseur à convection. Selon un mode de réalisation, le vaporiseur par rayonnement comprenant un second faisceau de tubes est disposé concentriquement autour du réchauffeur comprenant un premier faisceau de tubes, dans la chambre de combustion. Selon un mode de réalisation, la chaudière comprend en outre un ballon de séparation eau/vapeur, alimenté en eau par le réchauffeur, alimentant le vaporiseur en eau et alimenté par le vaporiseur en vapeur d'eau. Selon un mode de réalisation, le réchauffeur d'eau est disposé à l'intérieur de la chambre de combustion. Selon un mode de réalisation, le réchauffeur d'eau fonctionne à contrecourant des produits de combustion de la chambre de combustion. L'invention fournit encore un procédé de génération d'eau chaude par oxycombustion, comprenant le réchauffage d'eau froide par la flamme d'oxycombustion en eau chaude (fluide réchauffé). Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre l'étape de vaporisation du fluide réchauffé produit. Selon une première variante, l'étape de vaporisation du fluide réchauffé est mise en uvre par rayonnement.
1. 22279.doc-08/07/04-4/20 Selon une seconde variante, l'étape de vaporisation du fluide réchauffé est mise en oeuvre par convection.

   Selon une troisième variante, l'étape de vaporisation du fluide réchauffé est mise en oeuvre par rayonnement et par convection.

   Selon un mode de réalisation, l'étape du réchauffage d'eau froide par la flamme d'oxy-combustion est mise en oeuvre à contre-courant.

   Selon un mode de réalisation, la température de la 10 flamme d'oxycombustion est comprise entre 2000 et 3300 C, de préférence entre 2500 et 3000 C.

   Selon un mode de réalisation, la température de l'eau froide est comprise entre 105 et 170 C et sa pression entre 8 et 500 bars.

   Selon un mode de réalisation, le fluide réchauffé comprend de l'eau et de la vapeur selon une proportion massique eau/vapeur variant de 100/0 à 50/50, de préférence de 100/0 à 70/30, et avantageusement de 95/5 à 80/20.

   Selon un mode de réalisation, la température du fluide réchauffé est comprise entre 170 et 600 C et sa pression entre 8 et 500 bars.

   Selon un mode de réalisation, la température de la vapeur produite est comprise entre 170 et 600 C et sa pression entre 8 et 500 bars.

   Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape de surchauffe de la vapeur produite.

   Selon un mode de réalisation, la température des fumées après l'étape de réchauffage de l'eau est de 1200 à 600 C.

   Selon un mode de réalisation, la température des fumées après l'étape de vaporisation est de 250 à 150 C.

   Le procédé selon l'invention est avantageusement mis en oeuvre dans le dispositif selon l'invention.

   BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

   - La figure 1 est une représentation schématique de la circulation des fluides dans une chaudière conventionnelle; 22279.doc-08/07/04-5/20 - La figure 2 est une représentation schématique de la circulation des fluides dans une chaudière selon l'invention; - La figure 3 est une représentation de la 5 circulation des fluides dans une chaudière selon un mode de réalisation; - Les figures 4A et 4B sont une représentation partielle en coupe d'une chaudière selon l'art antérieur et d'une chaudière selon un autre mode de réalisation, respectivement.

   EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION En référence à la figure 1, on décrit une chaudière conventionnelle 10 qui comprend un réchauffeur d'eau 11 en contact avec les gaz de combustion refroidis, un vaporiseur 12 et un surchauffeur 13, ces éléments étant placés dans cet ordre en allant vers la flamme, située dans la chambre de combustion 14. On maximise ainsi le rendement des échanges thermiques, le contre-courant ou co-courant se faisant entre les fluides avec la différence de température la plus faible. Le surchauffeur produit de la vapeur d'eau à une température allant jusqu'à plus de 600 C.

   En référence à la figure 2, on décrit une chaudière selon l'invention adaptée à l'oxy-combustion. Dans celle-ci, le fluide froid est mis en contact avec les produits de combustion les plus chauds. Le terme de "oxycombustion" couvre les combustions dont le comburant est de l'air enrichi en oxygène à partir d'une valeur supérieure à 22% en volume. Les flux de chaleur rayonnés sur les tubes au niveau de la chambre de combustion varient entre 200 et 3000 kW/m2 et de préférence entre 300 et 1000 kW/m2.

   Le combustible utilisé peut être quelconque, par exemple du gaz, du pétrole, des résidus pétroliers divers (résidus lourds notamment) ou du charbon.

   L'invention trouve à s'appliquer à de nombreux domaines. Elle peut s'appliquer à la génération d'électricité à partir d'énergie fossile, qui ne serait plus pénalisée par les émissions de CO2. Elle peut s'appliquer à la production des huiles lourdes dans le 22279.doc-08/07/04-6/20 cadre d'une activation de la production par injection de vapeur dans le gisement (activation des champs d'huiles lourdes à la vapeur), par exemple selon la technique dite du drainage par gravité assistée par la vapeur (Steam Assisted Gravity Drainage, SAGD). L'invention est particulièrement adaptée à la génération de vapeur haute pression pour l'activation des champs d'huiles lourdes. En effet, plus la pression de vapeur est élevée, plus l'enthalpie à fournir pour le réchauffage de l'eau avant vaporisation est élevée, et plus la chaleur de vaporisation est faible. Ceci permet d'envisager pour les hautes pressions de vapeur des chambres de combustion uniquement utilisées pour le réchauffage de l'eau.

   Elle peut aussi s'appliquer au cas où le CO2 est réinjecté dans les puits, soit pour s'en débarrasser, soit dans le cadre de la technique de la récupération améliorée des huiles (Enhanced Oil Recovery, EOR). Pour les métiers en aval de la production de pétrole, l'invention permettra l'utilisation de produits pétroliers divers.

   De façon générale, la chaudière selon l'invention comprend un réchauffeur au niveau de la chambre de combustion et un vaporiseur en aval du réchauffeur. Les termes "aval" et "amont" sont donnés par rapport au sens de l'écoulement des produits de combustion (ou en d'autres termes par rapport au gradient de températures dans la chaudière). De l'eau froide entre dans le réchauffeur et un fluide réchauffé en sort, avec une proportion massique eau/vapeur qui peut varier de 100/0 à 50/50 à la sortie du réchauffeur de préférence de 100/0 à 70/30, et avantageusement 95/5 à 80/20. En cas de besoin, un surchauffeur peut être disposé dans l'installation pour la production de vapeur surchauffée, notamment dans le cas de génération électrique.

   Dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, la chaudière 20 comprend une chambre de combustion 21, un réchauffeur 22 implanté le long des parois de la chambre de combustion. Le fluide en sortie du réchauffeur 22 est envoyé dans un ballon qui sépare la partie gazeuse de la 22279.doc-08/07/04-7/20 partie liquide. Cette dernière est envoyée vers le vaporiseur 23, situé aussi en partie dans la chambre de combustion. Le fluide se vaporise dans ce vaporiseur, dit primaire. Si la quantité de vapeur produite n'est pas suffisante, il est possible aussi d'utiliser en parallèle un vaporiseur secondaire 24 relié au ballon. Ce vaporiseur secondaire absorbe majoritairement la chaleur transmise par convection des gaz chauds à la différence du vaporiseur primaire qui absorbe essentiellement la chaleur transmise par rayonnement. Si le réchauffeur produit un fluide dont le titre en vapeur est déjà très élevé, il est même possible de n'utiliser que le vaporiseur secondaire 24 pour la production de vapeur. Dans le cas où un surchauffeur (non représenté) est requis, il est en général placé au niveau du vaporiseur secondaire, c'est- à-dire immédiatement en amont ou au même niveau que celui-ci, ou éventuellement en aval du vaporiseur primaire.

   En référence à la figure 3, selon un mode de réalisation de l'invention, on décrit une chaudière disposée verticalement avec une ou plusieurs flamme(s), vers le bas. La chaudière 30 comprend une chambre de combustion 31, munies de brûleurs alimentés à partir d'une source 32, par exemple de gaz ou de produits pétroliers lourds. La température de la flamme dans la chambre de combustion, est par exemple d'environ 2000 à 3000 C. Un réchauffeur 33 est confondu avec la chambre de combustion 31. Ce réchauffeur est alimenté en eau froide par la conduite 34. A titre d'exemple, l'eau froide est à une température d'environ 136 C sous une pression d'environ 180 bars. De façon générale, les caractéristiques de l'eau froide utilisée dans l'invention se situent dans les plages suivantes: une température entre 105 et 170 C et une pression entre 8 et 500 bars.

   Le fluide réchauffé quitte le réchauffeur par la conduite 35; il est à une température d'environ 337 C sous une pression d'environ 180 bars. De façon générale, les caractéristiques du fluide réchauffé utilisées dans l'invention se situent dans les plages suivantes: une 22279.doc-08/07/04-8/20 température entre 170 et 600 C et une pression entre 8 et 500 bars.

   Le fluide réchauffé est envoyé vers un ballon 36 de séparation eau/vapeur. L'eau en pied du ballon 36 est envoyée par la conduite 37 vers le vaporiseur primaire 38. De la vapeur est produite dans ce vaporiseur et le quitte par la conduite 39 pour être envoyée vers le ballon 36. La vapeur est à une température d'environ 357 C sous une pression d'environ 180 bars. De façon générale, les caractéristiques de la vapeur produite dans l'invention se situent dans les plages suivantes: une température entre 170 et 600 C et une pression entre 8 et 500 bars.

   En sortie de la chambre de combustion, c'est-à-dire en sortie du vaporiseur primaire, la température des gaz est alors d'environ 1000 C à 1300 C. Il est possible d'obtenir une température de sortie plus faible afin d'augmenter encore la quantité de vapeur produite au niveau du vaporiseur primaire. Le choix de cette température est déterminé par un optimum économique qui prend en compte la comparaison des surfaces d'échange supplémentaires sur les vaporiseurs primaire et secondaire nécessaires pour obtenir la même production de vapeur.

   Cependant, la température de 1000 C à 1300 C en sortie de zone radiante étant fixée pour les raisons indiquées ci- dessus d'optimum économique, on peut avoir recours dans le cas présent, afin d'augmenter la quantité de vapeur produite, à un vaporiseur secondaire 40 chauffé essentiellement par convection. L'eau en pied du ballon 36 est envoyée par la conduite 41 vers le vaporiseur secondaire 40. De la vapeur est produite dans ce vaporiseur et le quitte par la conduite 42 pour être envoyée vers le ballon 36. La vapeur est à une température d'environ 357 C sous une pression d'environ 180 bars. Les fumées quittent enfin la chaudière par la cheminée 43.

   Eventuellement, il est possible de prévoir un séparateur 44 afin de séparer les gaz d'exhaure de l'eau formée lors de la combustion, notamment par condensation.
2. 22279.doc-08/07/04-9/20 Un courant de CO2 sensiblement sec est alors extrait par la conduite 45.

   Dans ce qui suit, on décrit plus particulièrement certains éléments de la chaudière selon l'invention, à savoir réchauffeur d'eau, vaporiseur primaire par rayonnement, vaporiseur secondaire à convection et surchauffeur.

   Réchauffeur d'eau Ainsi qu'il a été dit précédemment, la chambre de combustion est constituée pour l'essentiel, et plus particulièrement autour de la zone de combustion, par le réchauffeur d'eau. Ce réchauffeur d'eau comprendra en général des tubes droits, de préférence lisses extérieurement. Ces tubes seront avantageusement indépendants les uns des autres. Si on considère le diamètre extérieur des tubes d, et l'entre axe des tubes p, on obtient un rapport p/d qui est le "pas" des tubes. Ce pas est par exemple de 2 à 3. Ces tubes peuvent être cannelés ("corrugués") ou lisses intérieurement, ou en variante lisses avec insert. Ces tubes sont disposés tout autour de la chambre de combustion dont la section pourra être circulaire ou rectangulaire. Ces tubes sont alimentés en eau froide par le bas à partir de collecteurs. L'eau chaude est extraite par le haut. Ainsi, une éventuelle vaporisation locale n'empêche pas le mouvement général du fluide. Les tubes constitutifs de ce réchauffeur seront de préférence de petits diamètres, de manière à limiter leur épaisseur et/ou augmenter le coefficient de transfert thermique interne. Un fonctionnement à co-courant est aussi possible mais, dans ce cas, les brûleurs seront disposés dans la sole. Une position des brûleurs latérale est aussi possible.

   La section de vaporisation de l'eau comprend deux vaporisateurs distincts, l'un primaire par rayonnement et 35 l'autre secondaire par convection.

   Vaporiseur primaire par rayonnement Le vaporisateur par rayonnement est situé juste au-dessous du réchauffeur d'eau, si les brûleurs sont situés 22279.doc-08/07/04-10/20 au sommet de la chambre de combustion et juste au-dessus si les brûleurs sont situés au bas de la chambre de combustion. Ce vaporisateur comprend des tubes rectilignes lisses extérieurement, cannelés ou lisses intérieurement.

   Ce vaporisateur est alimenté en eau chaude en provenance du ballon par une tuyauterie de descente d'eau largement dimensionnée et des collecteurs. La vapeur produite dans ces tubes est renvoyée au ballon par des collecteurs situés à proximité de la sortie supérieure de ce vaporisateur. La circulation de l'émulsion eau-vapeur peut se faire par circulation naturelle ou éventuellement par recirculation forcée.

   Un fonctionnement à co-courant est aussi possible. Le diamètre des tubes est choisi en particulier par optimisation entre une bonne absorption des flux thermiques et une circulation suffisante de l'émulsion. L'ensemble réchauffeur d'eau et vaporiseur par rayonnement sera dimensionné pour que la température des fumées à la sortie de la chambre de combustion se situe entre 1000 et 1300 C.

   La répartition de la quantité d'énergie transmise à chacun des deux échangeurs sera fonction de la pression de la vapeur de la chaudière.

   Vaporiseur secondaire à convection Un complément de vaporisation est effectué dans un échangeur à convection situé en aval de la chambre de combustion. Ce faisceau vaporiseur sera alimenté en eau chaude à partir du ballon par une tuyauterie de descente d'eau indépendante de celle qui alimente le vaporiseur à rayonnement ou en variante par la même tuyauterie. Ce faisceau vaporiseur pourra être soit vertical, soit incliné par rapport à l'horizontale et, dans ce cas, la circulation de l'émulsion eau-vapeur pourra être naturelle; soit à tubes horizontaux et, dans ce cas, la recirculation sera forcée avec une pompe indépendante ou éventuellement avec la même pompe que celle qui alimente le vaporiseur primaire à rayonnement. Les tubes les plus froids peuvent être munis extérieurement d'ailettes si la qualité des produits de combustion et l'absence sensible de poussières le 22279.doc-08/07/04-11/20 permettent. Les fumées admises à l'entrée de ce vaporiseur à une température comprise entre 1000 et 1300 C sont refroidies jusqu'à une température de 10 à 20 C supérieure à la température de vaporisation par exemple.

   Surchauffeur Un surchauffeur (non représenté) sera en général placé avant le vaporiseur à convection ou après les premières rangées de tubes de ce vaporiseur à convection. Ce surchauffeur pourra comprendre deux ou trois faisceaux.

   Entre chacun de ces faisceaux, un dispositif de désurchauffe par injection d'eau permettra le contrôle de la température de la vapeur surchauffée.

   En référence à la figure 4A, on décrit une coupe d'une chambre de combustion d'une chaudière conventionnelle. Elle comprend une enceinte (étanche) extérieure 51, des tubes 52a, 52b, etc., dans lesquels circule l'émulsion eau-vapeur et qui sont joints entre eux par des ailettes 53a, 53b, etc., de sorte à former une enceinte étanche. Ces tubes forment ici le vaporiseur classique.

   En référence à la figure 4B, on décrit une coupe d'une chambre de combustion d'une chaudière selon un mode de réalisation de l'invention. Elle comprend une enceinte étanche extérieure 51 revêtue de matériaux réfractaires. Des tubes à circulation d'eau froide 54a, 54b, etc., sont placés concentriquement, par exemple, en direction et autour du foyer. Ces tubes 54a, 54b, etc., forment ici le réchauffeur. Cette disposition permet à ces tubes de recevoir des flux de chaleur sur la totalité de leur surface. La surface opposée aux flammes recevant le rayonnement réémis par les parois en réfractaire.

   En dessous de ce réchauffeur, le vaporiseur primaire peut soit être conçu d'une manière similaire au réchauffeur, avec parois en réfractaire à l'arrière des tubes, soit d'une manière plus classique avec des tubes à ailettes longitudinales solidaires entre eux, formant écran et assurant l'étanchéité de la chambre de combustion.

   Sur la figure 4B, la chambre de combustion comprend, à titre d'exemple, une enceinte étanche extérieure 51, des 22279.doc-08/07/04-12/20 tubes 52a, 52b, etc., qui sont joints entre eux par des ailettes 53a, 53b, etc., de sorte à former une enceinte étanche. Ces tubes 52a, 52b, etc., forment ici le vaporiseur. D'autres tubes à circulation d'eau froide 54a, 54b, etc., sont placés concentriquement par exemple en direction et autour du foyer. Ces tubes 54a, 54b, etc., forment ici le réchauffeur. Cette variante est particulièrement adaptée au cas où les flux de chaleur restent limités. Cette conception permettra de limiter le rayonnement direct sur les tubes du vaporiseur, particulièrement dans la zone où le titre en vapeur est déjà important.

   Cette variante permet aussi le remodelage de certaines chaudières pour les transformer à moindre coût en chaudières selon l'invention, puisqu'il suffit d'insérer des tubes supplémentaires faisant office de réchauffeur d'eau, dans une chambre de combustion déjà existante et déjà munie de faisceaux vaporiseurs.

   Ces remodelages seront favorisés par le fait que les chaudières concernées ont été initialement construites pour une combustion avec de l'air comme comburant, de ce fait les surfaces des parois sont relativement importantes.

   L'invention offre, par rapport aux chaudières classiques, les avantages suivants: Par rapport à une chaudière alimentée en air atmosphérique.

   La combustion avec de l'oxygène pur diminue d'une façon considérable le ballast d'azote ce qui facilite la captation du CO2.

   Cette diminution du ballast d'azote offre les 30 avantages suivants: - on a une augmentation du flux rayonné directement par la flamme et une augmentation du flux rayonné par les fumées. Le premier effet est dû à l'augmentation de la température de combustion, le second est lié au fait qu'à épaisseur de couche gazeuse égale, une concentration plus importante de CO2+H2O accroît le pouvoir émissif des fumées (en effet les gaz triatomiques sont rayonnants, 22279-15/09/04-13/20 contrairement aux gaz diatomiques). On a donc une diminution notable des surfaces d'échange nécessaires.

   on a une diminution du volume des fumées produites. Cette diminution entraîne une diminution des échanges par convection et, par voie de conséquence, des surfaces des échangeurs à convection.

   La chaudière d'oxy-combustion selon l'invention aura, à puissance et à rendement similaires, une chambre de combustion plus petite que la chambre de combustion d'une chaudière à air atmosphérique, et des faisceaux de convection nettement moins conséquents. Le coût et le poids seront donc minorés, la seconde de ces caractéristiques étant de première importance en cas d'installations d'offshore.

   Par rapport à une chaudière alimentée en oxygène avec recyclage de CO2.

   Pour se soustraire aux difficultés engendrées par le niveau élevé de température de la combustion avec de l'oxygène une solution consiste à diluer la flamme par un recyclage de CO2 en provenance de l'aval de la chaudière.

   Les flux rayonnés directement de la zone de combustion seront ainsi plus faibles. Cependant, l'avantage de compacité disparaît puisque la surface de chambre de combustion sera alors du même ordre de grandeur que celle d'une chaudière à air atmosphérique.

   Le recyclage des fumées ou du CO2 entraîne la nécessité d'un réseau de recyclage relativement conséquent avec une consommation énergétique supplémentaire pour le ventilateur de recyclage. Un recyclage, quel qu'il soit, entraîne toujours des inconvénients, absents dans le cadre de l'invention: - Si les fumées recyclées sont prises directement à la sortie de la chaudière, le recyclage n'affecte pas le rendement thermique de la chaudière, par contre la consommation d'énergie supplémentaire est importante du fait de la température et des volumes de gaz à recycler. Par ailleurs, il y aura lieu de tenir compte de la 22279.doc-08/07/04-14/20 corrosion sulfurique si la température du fluide recyclé est proche de sa température de rosée.

   Si le CO2 est repris après refroidissement et séparation des condensats acides, la consommation d'énergie supplémentaire sera réduite car sa température sera nettement plus faible, la condensation se faisant à basse température, par contre le rendement de la chaudière sera affecté par le réchauffage de ce CO2 jusqu'à la température de sortie de la chaudière.

   Le procédé selon l'invention peut être mis en uvre sous pression (chaudière à chambre de combustion en pression), ce qui peut offrir un avantage lorsque l'on souhaite réinjecter le CO2 produit.

   L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation 15 décrits mais est susceptible de nombreuses variations aisément accessibles à l'homme de l'art.
3. 22279.doc-08/07/04-15/20

   16 REVENDICATIONS
4. 1. Chaudière adaptée à l'oxy-combustion (20, 30) comprenant une chambre de combustion (21, 31), un réchauffeur d'eau (22, 33) et un vaporiseur (23, 24, 38, 40), dans laquelle la chambre de combustion (21, 31) comprend au moins en partie le réchauffeur d'eau (22, 33).
5. 2. Chaudière selon la revendication 1, dans laquelle la chambre de combustion comprend totalement le réchauffeur.
6. 3. Chaudière selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le réchauffeur (33) comprend un premier faisceau de tubes (53a, 53b) indépendants, selon un pas de 2 à 3.
7. 4. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le réchauffeur (33) comprend un premier faisceau de tubes (53a, 53b) cannelés intérieurement.
8. 5. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le vaporiseur est un vaporiseur par rayonnement.
9. 6. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le vaporiseur comprend un vaporiseur par rayonnement et un vaporiseur à convection.
10. 7. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le vaporiseur est un vaporiseur à convection.
11. 8. Chaudière selon la revendication 5 ou 6, dans laquelle le vaporiseur par rayonnement (38) 30 22279.doc-08/07/04-16/20 comprenant un second faisceau de tubes (52a, 52b) est disposé concentriquement autour du réchauffeur (33) comprenant un premier faisceau de tubes (53a, 53b), dans la chambre de combustion.
12. 9. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant en outre un ballon de séparation eau/vapeur, alimenté en eau par le réchauffeur, alimentant le vaporiseur en eau et alimenté par le vaporiseur en vapeur d'eau.
13. 10. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 9, dans laquelle le réchauffeur d'eau (22, 33) est disposé à l'intérieur de la chambre de combustion (21, 31).
14. 11. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 10, dans laquelle le réchauffeur d'eau (22, 33) fonctionne à contre-courant des produits de combustion de la chambre de combustion (21, 31).
15. 12. Chaudière selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant en outre un surchauffeur.
16. 13. Procédé de génération d'eau chaude par oxycombustion, comprenant le réchauffage d'eau froide par la flamme d'oxy-combustion en eau chaude.
17. 14. Procédé selon la revendication 13, comprenant en outre l'étape de vaporisation du fluide réchauffé produit.
18. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape de vaporisation du fluide réchauffé est mise en uvre par rayonnement. 10 15
19. 22279.doc-08/07/04-17/20 2872886 18 16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape de vaporisation du fluide réchauffé est mise en uvre par convection.
20. 17. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape de vaporisation du fluide réchauffé est mise en oeuvre par rayonnement et par convection.
21. 18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 17, dans lequel l'étape du réchauffage d'eau froide par la flamme d'oxy-combustion est mise en oeuvre à contre-courant.
22. 19. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, dans lequel la température de la flamme d'oxycombustion est comprise entre 2000 et 3300 C, de préférence entre 2500 et 3000 C.
23. 20. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, dans lequel la température de l'eau froide est comprise entre 105 et 170 C et sa pression entre 8 et 500 bars.
24. 21. Procédé selon l'une des revendications 13 à 20, dans lequel la température du fluide réchauffé est comprise entre 170 et 600 C et sa pression entre 8 et 500 bars.
25. 22. Procédé selon l'une des revendications 13 à 21, dans lequel le fluide réchauffé comprend de l'eau et de la vapeur selon une proportion massique eau/vapeur variant de 100/0 à 50/50, de préférence de 100/0 à 70/30, et avantageusement de 95/5 à 80/20.
26. 23. Procédé selon l'une des revendications 14 à 22, dans lequel la température de la vapeur produite 15 22279.doc-09/07/04-18/20 2872886 19 est comprise entre 170 et 600 C et sa pression entre 8 et 500 bars.
27. 24. Procédé selon l'une des revendications 14 à 23, comprenant en outre une étape de surchauffe de la vapeur produite.
28. 25. Procédé selon l'une des revendications 13 à 24, dans lequel la température des fumées après l'étape de réchauffage de l'eau est de 1200 à 600 C.
29. 26. Procédé selon l'une des revendications 13 à 25, dans lequel la température des fumées après l'étape de vaporisation est de 250 à 150 C.
30. 27. Procédé selon l'une des revendications 13 à 26, mis en uvre dans un dispositif dans selon l'une des revendications 1 à 12.
31. 22279.doc-08/07/04-19/20