Combustion en lit fluidisé

Le four à lit fluidisé est un four avec lequel du combustible broyé peut être brûlé dans un lit fluidisé constitué d'un matériau à lit chaud (par exemple du sable de quartz ).

Procédure

Le combustible et le matériau du lit sont mélangés ensemble par l'addition d'un milieu fluidisant, par ex. B. l'air, maintenu en suspension et donc fluidisé . Les particules de carburant broyées ont une grande surface de sorte qu'une bonne combustion peut avoir lieu. Le fort écoulement turbulent se traduit par une très bonne impulsion et un très bon échange thermique, de sorte qu'il y a une température uniforme dans le lit fluidisé. La température de combustion peut être déterminée par le débit massique de carburant introduit. La température est réglée de manière à ce que la formation de gaz nocifs ( CO , NO _x ) soit aussi faible que possible. Avec la combustion en lit fluidisé, de très faibles émissions d'oxyde d'azote peuvent être maintenues, car une température de combustion relativement basse peut être utilisée sans pics de température. Les basses températures de combustion présentent l'avantage que la molécule d'azote relativement fortement liée dans l'air de combustion ne se dissocie pas , ce qui empêche la formation de NO _x thermiques .

Matériau du lit

Le matériau du lit est une substance chimiquement inerte ( inerte ) et ne participe pas à la combustion. Ce matériau inerte est un moyen procédural pour concilier les différents besoins en air de combustion (oxygène) et en gaz de fluidisation. Le matériau du lit forme généralement les cendres de lit avec, par exemple, du gravier (sable) et un à trois pour cent en poids de combustible. Si le sable est utilisé comme matériau inerte, il faut prendre en compte l'effet abrasif , ce qui conduit à des effets positifs (nettoyage de la chambre de combustion) et négatifs (plus grandes quantités de cendres, broyage du laitier, proportion plus élevée de cendres volantes et coûts d'élimination plus élevés associés).

Variantes de processus

Une distinction est faite entre le lit fluidisé stationnaire et le lit fluidisé circulant (atmosphérique):

• avec le lit fluidisé stationnaire, le lit fluidisé reste dans la chambre de combustion. Les cendres et les débris de lit peuvent être collectés en les retirant de la chambre de combustion ou par des séparateurs en aval. En fonction de la vitesse d'écoulement, une distinction est faite entre le régime de bouillonnement, le lit de boue, le régime turbulent et la fluidisation rapide.

• avec un lit fluidisé circulant, le lit fluidisé est évacué de la chambre de combustion et renvoyé via un séparateur (séparation des fumées et du matériau du lit) et un siphon (circuit: matériau du lit circulant). Les fours à lit fluidisé circulant (WSF) sont plus complexes en termes de construction et de technologie de processus que les fours stationnaires, mais permettent une densité de puissance plus élevée.

Dans certaines usines pilotes, le WSF est utilisé comme chambre de combustion sous pression dans un procédé de turbine à gaz. La combustion en lit fluidisé sous pression est une forme particulière de technologie WSF, qui n'a pas pu s'imposer industriellement en raison du problème de l'épuration des gaz chauds.

carburant

De nombreux combustibles solides nécessitent un conditionnement avant la combustion. Les étapes de traitement typiques sont le concassage du carburant, le tri des matières étrangères non combustibles plus grosses ainsi que le séchage et le compactage . Différents dispositifs et systèmes sont utilisés à cet effet ( par ex. Système de broyage avec tamis à vent ). Une très large gamme de carburants peut être utilisée avec la combustion en lit fluidisé. L'utilisation de combustibles solides, liquides, boues, pâteux ou gazeux distingue la combustion en lit fluidisé comme une combustion multi-combustibles et multi-combustibles (combustion simultanée de différentes substances). Contrairement à la cuisson sur grille, ces combustibles peuvent simplement être mélangés dans le lit fluidisé (pseudo-liquide). Un grand avantage de la combustion en lit fluidisé est la récupération thermique ou l'élimination des substances problématiques telles. B. boues d'épuration (très humides), coke de pétrole (beaucoup de soufre), fumier de poulet (faible densité), gaz d'enfouissement (faible pouvoir calorifique) et bien plus encore.

Avantages désavantages

Les avantages de la combustion en lit fluidisé peuvent être résumés comme suit:

• Taux de transfert de chaleur élevés sur les surfaces chauffantes

• Faible température de combustion et donc pas de formation thermique de NO _x

• Des températures d'environ 850 ° C permettent une désulfuration directe des fumées, c'est -à- dire une réduction des émissions de SO ₂ grâce à l'ajout de calcaire

• Possibilité de brûler du charbon riche en cendres et peu enflammé.

Sont désavantageux

• l'usure relativement élevée des surfaces chauffantes due à l'effet érosif du matériau du lit

• la forte demande interne, en particulier avec la combustion à lit fluidisé circulant

• mauvais comportement de charge partielle

En raison de ses caractéristiques particulières, la combustion en lit fluidisé s'est particulièrement imposée dans la combustion de combustibles de qualité inférieure de petites et moyennes puissances et dans la mise en œuvre de procédés combinés de turbines à gaz et à vapeur avec combustion sous pression.

Nettoyage intégré des gaz de combustion et évitement des polluants

Dans la combustion en lit fluidisé des centrales électriques au charbon , de la chaux est ajoutée pour lier le soufre contenu dans le charbon . Cela crée du plâtre de Paris . L'optimum de cette réaction est d'environ 850 ° C. Il s'agit donc de la température de fonctionnement normale pour la combustion en lit fluidisé circulant. Le gypse résultant est mélangé aux cendres de combustible et ne peut être éliminé qu'ensemble. Une séparation du plâtre de Paris, des cendres et de la chaux non utilisée n'est pas possible. Le solide sec résultant peut être éliminé très facilement, par ex. B. dans les mines de charbon d'origine. De nombreux exploitants de centrales à lit fluidisé peuvent également vendre la matière solide à l'industrie de la construction.

L'émission d'oxydes d'azote peut généralement être maintenue en dessous des valeurs limites typiques grâce au seul contrôle de la combustion. La température de combustion basse et contrôlée empêche la formation de ce que l'on appelle les NO _x thermiques ; l'oxydation de l'azote contenu dans le carburant en NO _x est contrôlée et minimisée par l'alimentation en air à plusieurs étages.

Au moyen des deux mesures mentionnées ci-dessus, les centrales électriques à combustion à lit fluidisé peuvent généralement être construites sans épuration complexe des gaz de combustion en aval , ce qui permet un système global plus compact avec le même rendement par rapport au procédé de combustion de centrale électrique classique avec des gaz de combustion en aval. nettoyage.