Brevet FR2556608A1 — publié le 19850621

éléments filtrants pour gaz chauds et procédé tour leur utilisation. L'industrie nucléaire produit des déchets dont beaucoup présentent une contamination obligeant à utiliser des précautions non employées dans les autres industries. En particulier, un fort tonnage de matériels et de fournitures présentant une très faible contamination ne peuvent de ce fait etre mis en décharge. On peut citer les chiffons, pièces plastiques, filtres, papiers, blouses parmi ces produits. Pour limiter le volume de stockage sans dissémination de la radioactivité, on a depuis longtemps pensé à incinérer tous les produits organiques tels que ceux énumérés ci-dessus Or, une incinération produit des gaz chauds, des fumées, des poussières et des cendres. Une partie de la contamination radioactive reste dans les cendres,mais une partie non négligeable part, sous forme solide, entraînée par les gaz chauds. Pour les particules de dimensions supérieures à 0,3 micron, il faut obtenir une efficacité de filtration de 99,99E avant rejet à l'extérieur, ce qui rend souhaitable de dépasser 97 d'efficacité à la première filtration des gaz chauds (température pouvant atteindre 750oC). Le brevet français n0 1 498 522 décrit la possibilité de filtrer des gaz chauds par emploi d'une bougie poreuse contenant une fibre minérale (déposée par pulvérisation). La description contenue dans ce brevet n'indique nullement la nature de la matière poreuse ou la nature de la matière fibreuse. On note néanmoins, que le substrat filtrant est placé à l'intérieur d'un tube poreux. La longeur de ce tube et son petit diamètre rendent difficile l'opération de décolmatage en milieu actif. Le brevet français n0 2 397 703 décrit une bougie filtrante composée d'une céramique jouant à la fois le rôle de support et de média filtrant. Quand la bougie est colmatée, il faut la remplacer intégralement. Quand la bougie se casse (par choc thermique en particulier), il faut également la remplacer en entier. On est alors conduit à stocker à titre de déchets actifs l'ensemble bougie (entière ou en morceaux) plus les poussières fixées dessus. La présente invention concerne un dispositif de filtration des gaz chauds issus d'un incinérateur de déchets, ledit dispositf étant par la suite dénommé bougie filtrante ou bougie s'il n'y a pas d'ambigulte, Suivant la présente invention, la bougie est constituée d'un tube métallique percé de trous jouant le rôle de support pour le média filtrant, ce dernier étant compose d'une poudre de granulométrie fine collée sur la surface du tube par simple adhérence. Une caractéristique de la présente invention est d'utiliser comme tube métallique percé de trous, une tôle perforée roulée et soudée (ou agrafée) ou un tube de métal fritté. La présente invention concerne également un procédé pour la récupération des poussières contenues dans des gaz chauds, notamment des gaz chauds provenant de la combustion de matières contaminées xadioactivement, ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on dépose, in situ, une poudre en oxyde réfractaire sur le support de bougies filtrantes et que l'on fait passer les gaz à purifier, alors qu'ils sont encore de préférence à une température d'environ 300 à 4000C,, sur les bougies filtrantes ainsi réalisées. Pour suivre la description détaillée du dispositif objet de la présente invention, on se rapportera aux figures accompagnant le texte. La figure 1, représente l'organisation générale d'un incinérateur pour montrer la place occupée par le dispositif de filtration. La figure 2,represente une vue du dispositf de filtration proprement dit et plus précisément, d'une bougie filtrante. Les figures 3 et 4,représentent le détail de forme de la collerette d'une bougie. Les figures 5 et 6, représentent des doigts de gants chauffants placés dans l'enceinte. Sur la figure 1, on voit en 1, le puits de chargement d'un incinérateur comportant la grille inclinée 2 où, sont posés les déchets à bruler. Sous la grille, une tubulure 4 apporte l'air servant à la fois à assurer la combustion et à refroidir les grilles. Un cendrier 3 recueille les cendres. La partie surplombant la grille constitue la chambre de combustion 6 à paroi en brique réfractaire 5. Immédiatement adjacente à la chambre de combustion et communiquant avec elle par la partie haute se trouve la chambre de postcombustion 7 emplie d'agrégats réfractaires 8. A la partie de base de ladite chambre de postcombustion d'une tubulure 9 (éventuellement refroidie ) enmène les gaz vers l'enceinte de filtration 11, laquelle est coupée de façon étanche par une cloison horizontale 12 munie de trous où sont emmanchées les bougies 13. La tubulure 9 débouche dans l'enceinte de filtration, soit au-dessus de la cloison 12, dans ce cas, elle est représentée par le repère 101, soit au-dessous de la cloison 12 et dans ce cas, elle est représentée par le repère 102. L'enceinte de filtration comporte une série de doigts de gants, soit horizontaux, reprère 14, soit verticaux, repère 15. Dans ces doigts sont placées des résistances électriques. Les figures 5 et 6 les reprendront en détail. Les gaz filtrés quittent l'enceinte 11, soit par la tubulure haute 17, soit par la tubulure basse 16. On notera que les tubulures se correspondent : - si des gaz entrent par la tubulure haute 101, ils ressortent après traversée des bougies 13 par la tubulure basse 16. - si les gaz entrent par la tubulure basse 102, ils ressortent après traversée des bougies 13 par la tubulure haute 17. Les tubulures 01,102, 16 et 17 sont munies de vannes 18 permettant d'isoler l'enceinte, d'y insufler de l'air ou d'y créer une dépression. t'enceinte comporte en outre une trappe 19 permettant de vider le cendrier 103 et une trappe supérieure d'intervention 104. Sur la figure 1, pour simplifier le dessin, on n'a représenté que deux bougies filtrantes 13, deux doigts de gants horizontaux 14 et un doigt de gant vertical 15. L'appareil complet comportera en effet, au moins six bougies et au moins quatre doigts de gant. La bougie filtrante proprement dite, représentée sur la figure 2 comprend une ame métallique de forme cylindrique 21, comportant à une extrémité une collerette 23 et à l'autre extrémité un fond 22. Le diamètre des trous percés dans la cloison horizontale 12 (de la figure 1) est tel que l'âme métallique coulisse facilement dans le trou et que la collerette maintienne la bougie en place. Il est avantageux de concevoir la collerette comme une pièce métallique massive ayant un poids suffisant pour que la bougie soit maintenue en place. Sur la surface latérale de la bougie est disposée une poudre fine soit extérieure 24, soit intérieure 25. La poudre est placée à l'extérieur quand le sens de circulation des gaz est de 101 vers 16. La poudre est placée à l'intérieur quand le sens de cicrculation des gaz est de 102 vers 17. Le détail de la collerette et du trou dans la cloison horizontale ressort mieux sur les figures 3 et 4. La collerette 31 repose sur la cloison horizontale 32 (correspodant au repère 12 de la figure 1), mais pour faciliter le guidage de la bougie, le trou dans la cloison 32 est muni d'un rebord 33. Le jeu entre ce rebord et l'âme métallique 34 est fortement exagéré sur la figure pour aider la compréhension. Une autre réalisation de la collerette est montrée sur la figure 4 : dans le but d'améliorer l'étanchéité entre la cloison 43 (correspondant au repère 12 de la figure 1) et la collerette 41, le trou est muni d' un rebord 44 dirigé vers le haut et pénétrant dans une gorge 42 usinée dans la collerette 41. De la même manière que précédemment, le diamètre extérieur de l'âme 45 est tel que la bougie pénètre avec un jeu limité dans le trou limité par le rebord 44. La figure 5 représente un doigt de gant vertical tel que le doigt repère 15 de la figure 1. Cette figure permet em même temps de mieux faire voir la paroi latérale de l'enceinte de filtration. Cette paroi est double - du côté intérieur 56, elle est composée d'une tôle réfractaire épaisse 50 (paroi verticale) ou 58 (fond). Un matériau convenant pour cette réalisation est un acier réfractaire tel que le NS 30, - du côté extérieur, un isolant fibreux 55 tel que le Fiber Frax (fabriqué par Carborundum Cy.) et une tôle mince 57 complète l'enveloppe. On n'a pas prévu de double paroi sur le fond. Les doigts de gant sont constitués d'une gaine 51 placée entre la paroi 50 et l'isolant 55. Une collerette 54 permet une fixation étanche (joint non représenté) sur le fond 58. A l'intérieur du doigt, une résitance électrique 53 est reliée par les fils 52 à une alimentation électrique régulée non figurée. La gaine de ces doigts de gant peut avantageusement être constituée d'un matériau réfractaire tel que la silice vitreuse, l'alumine ou le carborundum fritté. La figure 6 représente une coupe hori#zontale de l'enceinte au niveau de l'axe d'un doigt de gant horizontal. On y retrouve la paroi intérieure d'acier réfractaire 61 sur laquelle, est soudé un tube métallique 64 fermé à une extrémité. Ledit tube traverse l'isolant fibreux 62 et la tôle extérieure 63 à laquelle il est fixé par une collerette 65. On voit également sur cette figure, les bougies filtrantes 66, ce qui permet de montrer que le doigt de gant passe entre les bougies. Une résitance électrique 68 reliée par les fils 69 à une alimentation extérieure (non figurée) est placée dans le tube 64. Il peut être intéressant d'agencer le montage de manière à ce que la partie chauffante soit à l'intérieur de l'enceinte 61. Les bougies filtrantes sont formées sur place suivant la marche opératoire définie ici. Les âmes métalliques sont en place dans les trous de la cloison horizontale. ler cas Média filtrant à l'extérieur de l'amie métallique, on a une enceinte comportant des tubulures 102 et 17. On introduit par la trappe 19 une quantité de poudre d'alumine (si on veut réaliser un média filtrant en alumine), par la tubulure 17, on crée une dépression tout en insuflant de l'air dans l'alumine par la tubulure 102 pour la mettre en suspension dans l'air. Sous l'effet de la dépression, les grains se collent à l'extérieur de l'âme métallique. On a un effet autorégulant, car l'aspiration est plus forte au niveau des trous non encore recouverts, ce que y amène de la poudre. Quand toute l'alumine est fixée, on n'arrête d'insufler de l'air et toutes les bougies sont prêtes pour la filtration. On a intérêt à choisir une poudre de granulométrie assez fine pour que cette suspension se fasse facilement Des grains inférieurs à 125 microns conviennent très bien. 2ème cas: Média filtrant à l'intérieur de la bougie, on a une enceinte comportant les tubulures 101 et 16. Par la trappe 104, on introduit une tubulure annexe souflant un mélange poudre-air, puis, on referme la trappe, souffle de l'air par la tubulure 101 et aspire par la tubulure 16. Pour la même raison que dans le cas précédent, il y a création d'une couche continue sur toute la surface latérale, sans trou ou chemin préférentiels On a prévu des doigts de gant avec résistance électrique dans l'enceinte de filtration, car les essais ont montré que la poudre composant le média filtrant avait tendance à absorber l'humidité de l'air ( et des gaz de combustion) à température ordinaire, alors qu'en maintenant l'enceinte à 300 ou 400cl., l'atmosphère interne était parfaitement sèche et le média filtrant gardait sa perméabilité. Au contraire, la fixation d'eau sur la poudre forme un bloc pâteux de perméabilité très diminuée. Un avantage suplémentaire très important est dE à ce maintien de température : il n'y a pas de condensation d'eau (contenant de nombreux produits corrosifs) dans 1' enceinted'où une durée de vie de ce matériel pratiquement illimitée. La différence de corrosion est particulièrement marquée, quand on incinère des matières plastiques contenant du chlore ou du fluor et tout spécialement le polychlorure de vinyle et le polytétrafluoroéthylène. Pour la bonne conservation de l'installation, l'enceinte est maintenue chaude en permanence, même pendant les périodes d'arrêt de l'incinérateur. Exemples de réalisation de l'rame métallique: Exemple 1 On part d'une tôle déployéed'Inconel 601 de dimensions 900 mm x 150 mm, en épaisseur 0,4 mm. Les trous en forme de losange mesurant environ 0,5 x 2,5 mm. On roule cette tôle pour former un tube de diamètre 42 mm et que l'on ferme par quelques points de soudure ou par agrafage. On fixe un fond sur ce tube et on fixe ensuite par soudure le tube sur une collerette massive. Exemple 2 On part d'un tube de métal obtenu par frittage d'une poudre d'Inconel 601 de granulométrie inférieure à 50 microns. Le tube fini a pour dimension : épaisseur 5 mm, longueur 860 mm, diamètre 45 mm. On le muni de même d'une collerette massive fixée par soudure et d'un fond. On peut utiliser à la place de l'Inconel 601 divers métaux ou alliages choisis pour résister à la température et à la corrosion, en particulier un Hastelloy, ou le Tantale. L'âme métallique en métal déployé ne sert qu'à supporter le média filtrant et ne joue aucun rôle dans l'arrêt des particules. Avec une poudre d'alumine de granulométrie inférieure à 25 microns, on arrête à 98% des particules mesurant plus de 0,3 micron. Il est clair que ce ne sont#pas les trous de 0,5 x 2,5 mm du métal déployé qui jouent le rôle filtrant. Par contre, l'âme en métal fritté pourrait jouer elle-même un certain rôle filtrant. Après un certain temps de fontionnement, le média filtrant est colmaté et doit être changé ler cas: Poudre placée à l'extérieur de la bougie. On ferme la vanne 18 de la canalisation 102 et par la canalisation 17, on envoie un fort à-coup de pression pour faire tomber la poudre vers la partie basse 103 où on la récupère. On notera que la poudre polluée est restée dans la zone inférieure, là où arrivent les gaz pollués et que la partie supérieure, au-dessus de la cloison 12 est parfaitement protégée. 2ème cas : Poudre placée a l'intérieur de la bougie. Par la porte d'accès 104, on introduit un suceur pneumatique pour aspirer la poudre dans chaque bougie, on complète en souflant de l'air par la tubulure 16 Pour un très fort débit gazeux, par exemple, lié à une dilution par de l'air froid des gaz trop chauds, il y a intérêt à travailler avec la poudre à l'intérieur. Autrement, la position poudre à l'extérieur est plus facile à utiliser, en particulier, pour le décolmatage. Tous les oxydes réfractaires conviennent dans la mesure où ils ne sont pas attaqués par les gaz chauds contenant souvent du chlore ou du fluor. On utilisera donc de l'alumine ou de la zircone dans cette catégorie. Il est également facile d'utiliser des silicates ou alumino-silicates tels que la mullite ou le talc. On peut bien évidemment, mélanger les précédents constituants pour réaliser-le média filtrant. REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtration de gaz chauds issus d'un incinérateur par passage desdits gaz chauds à travers au moins une bougie filtrante constituée d'une âme percée et d'un média filtrant, non aggloméré, caractérisé en ce que ladite âme est métallique et est percée de trous dont les dimensions moyennes sont comprises entre 0,5 et 2,5 mm, ou qui sont obtenus par frittage d'une poudre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit média filtrant non aggloméré est constitué par une poudre de ces matériaux réfractaires tels que l'alumine, la zircone, les aluminosilicates ou des mélanges desdits matériaux, dont la granulométrie moyenne est comprise entre 0,025 mm et 0,125 mm, ladite poudre étant déposée in situ sur ladite âme. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tube métallique est consitué d'une feuille de métal déployé, roulé et soudé. 4. Procédé pour la réalisation de filtration de gaz chauds provenant de l'incinération de matériels et fournitures présentant une contamination radioactive caractérisés en ce que lesdits gaz chauds sont envoyés à travers au moins un dispositif selon l'une des revendications 1 à 3. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite filtration est réalisée alors que lesdits gaz sont à une température de 300 à 4000C.