Brevet FR2587238A1 — publié le 19870320

La présente invention concerne un procédé et une installation pour le traitement des effluents chlorés provenant de l'incinération des ordures ménagères. On sait que de tels effluents contiennent, en moyenne, 2 à 10 grammes de poussières, 600 à 1.500 milligrammes de chlore et 20 à 50 milligrammes de métaux lourds par mètre cube normal. Or, dans le cadre des mesures antipollution actuelles, il semble que l'on doive s'acheminer à brève échéance vers des teneurs maximales admises de 50 milligrammes de poussières, 100 milligrammes de chlore et 5 milligrammes de métaux lourds. Ceci entraîne, à l'évidence, l'obligation de traiter ces effluents pour en diminuer, notamment, la teneur en chlore. Il est déjà connu de traiter les effluents chlorés provenant de l'incinération des ordures ménagères par un agent alcalin qui est généralement de l'hydroxyde de calcium Ca(OH2) ou chaux éteinte et qui réagit sur les composants acides des fumées comme HCl, HF, S02 et S03 pour les neutraliser selon des mécanismes relevant de l'état antérieur de la technique. En particulier, un procédé connu consiste à injecter simultanément dans un réacteur les effluents à traiter et des particules solides d'hydroxyde de calcium qui réagissent avec les polluants des effluents pour donner de l'eau et les sels de calcium correspondants, soit CaCl2 dans le cas de HCl, CaFo dans celui de HF, CaS03 dans celui de S02 et CaS04 dans celui de S03. Les particules du réactif peuvent être filtrées dans un dépoussiéreur et une partie des produits de réaction peut être recyclée. Toutefois, de tels procédés ne réalisent pas de manière optimale la réaction des particules d'hydroxyde de calcium avec les effluents, et ils ne permettent pas non plus un filtrage efficace de l'ensemble. En outre, ils ne favori s(#t pas la récupération de l'énergie sensible qui correspond à l'abaissement du point de rosée des effluents dû à la chloration de ces derniers. Aussi, l'un des buts de la présente invention est-il de fournir un procédé et une installation du genre spécifié ci-avant qui améliore de façon notable le traitement des effluents chlorés provenant des unités d'incinération des ordures ménagères, notamment par l'augmentation du rendement de la réaction entre ces effluents et le réactif utilisé, la récupération optimale de l'énergie sensible des fumées produites et une diminution de la consommation en réactif. Selon l'invention, ces buts et d'autres qui appa raîtront par la suite sont atteints grâce à un procédé dans lequel on met en suspension dans les effluents à traiter des particules d'un réactif de neutralisation qui est, de préfé- rence, de l'hydroxyde de calcium ou chaux éteinte, en des quantités dosées en fonction de la teneur en gaz chlorhydrique des effluents, on filtre ces derniers pour obtenir des poussières, d'une part, et des fumées, d'autre part, et on récupère une partie au moins de l'énergie sensible contenue dans ces fumées. On comprend qu'il est ainsi possible de récupérer une énergie importante, du fait que la déchloration poussée abaisse le point de rosée des effluents et rend ainsi disponible une chaleur sensible qui correspond à la différence entre le point de rosée des techniques classiques et celui de la présente invention. De préférence, la mise en suspension des particules de réactif dans les effluents a lieu dans le venturi d'un réacteur, la suspension obtenue étant ensuite amenée dans une chambre de décantation où sont séparées les plus grosses particules qui sont alors recyclées vers le réacteur. Cette disposition permet de recycler les grosses particules de réactif qui contiennent un fort pourcentage de produit encore susceptible de réagir. Avantageusement, le filtrage est réalisé à contrecourant sous basse pression et il comprend, successivement, une séparation mécanique par changement de direction et par expansion des gaz, puis une filtration à travers des tissus filtrants. De préférence, ce filtrage comprend en outre des phases séquentielles de nettoyage des filtres par insufflation sur certaines de ses parties d'un courant d'air circulant à contre-courant par rapport au sens normal de passage des fumées. Cette dernière disposition permet un nettoyage efficace des filtres sans contraintes mécaniques, et il maintient en outre une couche de chaux sur les manches des filtres ce qui les protège d'un colmatage à coeur par les fines particules. Quant à la récupération de l'énergie sensible des fumées, elle peut avoir lieu par échange de chaleur entre ces fumées et un réseau de chauffage urbain auquel est également raccorde l'échangeur de base de l'unité d'incinération, e#t ce, de préférence, par l'intermédiaire d'un tiers fluide qui circule entre un premier échangeur de chaleur alimenté en calories par les fumées et un deuxième échangeur de chaleur fournissant des calories au réseau de chauffage urbain auquel est également raccordé l'échangeur de base de l'unité d'incinération. Avantageusement, le tiers fluide dont il a été question ci-dessus est réchauffé par échange de chaleur au moyen des fumées dépoussiérées provenant du filtrage, et on recycle au moins partiellement les fines provenant de l'opération de filtrage et/ou les fumées dont l'énergie sensible a été récu pérée. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend, successivement, un four d'incinération des ordures ménagères dont les fumées alimentent une chaudière et débouchent dans un réacteur qui est alimenté par un silo à réactif et qui, de préférence, comprend un venturi débouchant à travers tin Passage qui l'entoure dans une chambre de détente pour la décantation des plus grosses particules, lesquelles sont recueillies dans un dispositif de recyclage; un filtre relié au réacteur pour séparer les solides des fumées, ce filtre pouvant comprendre des cellules indépendantes les unes des autres f't constitués chacune par un bloc filtrant démontable, chacunc -c ] e ces cellules comportant des registres permettant de l'isoler en vue de son nettoyage par insufflation d'air à contre- De préférence, ce dispositif de récupération de chaleur comprend un premier échangeur de chaleur alimenté en calories par les fumées dépoussierees et qui réchauffe un fluide intermédiaire, un deuxième échangeur de chaleur alimenté par ce fluide intermédiaire et fournissant des calories à un réseau de chauffage urbain auquel est également raccordé l'échangeur de base de l'unité d'incinération, et un troisième échangeur de chaleur alimenté par les fumées dépoussiérées issues du premier échangeur de chaleur et fournissant des calories au tiers fluide. L'installation selon l'invention peut avantageusement comprendre, en outre, des circuits de recyclage permettant d'introduire dans le réacteur une partie prédéterminée des fines du réactif et/ou des effluents de l'installation, ainsi que des moyens pour modifier le débit du réactif, le recyclage des gaz et le recyclage des fines du réactif en fonction de la teneur en gaz chlorhydrique des fumées traitées. On comprend que cette dernière disposition permet de diminuer notablement la consommation de réactif, puisque son débit est réglé en fonction de la teneur réelle à un instant donné en gaz chlorhydrique des fumées après traitement, et non en tablant sur les concentrations maximales en chlore de ces fumées. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés, parmi lesquels - La figure 1 reprësente, sous la forme d'un diagramme synoptique, l'ensemble de l'installation de traitement selon l'invention ; et - La figure 2 montre, également sous la forme d'un diagramme synoptique, le système de récupération de chaleur qui est prévu dans cette installation. Comme on le voit sur la figure 1, où la circulation de réactif est representée en traits pleins, et celle des fumées en traits mixtes, les ordures ménagères à incinérer sont tout d'abord introduites dans un four 1, les résidus solides étant évacués en 2, cependant que les fumées résultantes passent par une chaudière 3 et arrivent par une canalisation 4 dans un réacteur 5. Un silo 6, d'autre part, délivre de la chaux éteinte au réacteur 5 par l'intermédiaire d'un conduit pneumatique 7. Cette partie de l'installation est bien connue des spécialistes en la matière, et elle ne sera donc pas décrite ici de manière plus détaillée. Selon l'invention, le réacteur 5 reçoit les fumées à traiter en 8 à sa partie inférieure, et ce, à la base d'une colonne de contact constituée, dans le sens de l'écoulement des gaz, d'un convergent-divergent ou venturi destiné à maintenir en suspension dans les fumées le réactif qui est constitué par de la chaux éteinte et qui est introduit en 9 dans le réacteur 5. La suspension fluo-solide de chaux dans les fumées qui en résulte au-dessus du venturi se déplace de bas en haut et, lorsqu'elle est parvenue au sommet de la colonne, elle redescend sur son pourtour et arrive dans une chambre de détente permettant la décantation des plus grosses particules qui contiennent le plus de produit encore réactif. Il ne faut pas oublier, en effet, que la mise en contact d'une particule solide de chaux avec des fumées d'incinération conduit à deux phénomènes physico-chimiques, l'un d'adsorption par la surface de la matière solide, où la quantité de gaz adsorbée par gramme de matière dépend essentiellement de la surface spécifique de cette matière, et l'autre d'absorption où la réaction progresse à l'intérieur du grain pour transformer la chaux en chlorure de calcium. L'eau résultant de cette transformation permet la progression de cette réaction, et tout se passe comme si l'on avait simultanément une réaction gaz-liquide et une réaction liquidesolide. I1 en résulte, à l'évidence, que les plus gros grains contiennent le plus de produit encore réactif. Ceci explique la présence, dans le réacteur 5, d'une chambre de détente qui permet la décantation contrôlée des grains les plus gros. Ces derniers sont recueillis dans une trémie asymétrique à la base de laquelle ils sont évacués dans une capacité-tampon comportant deux doseurs, dont l'un est des tiné à recycler à l'intérieur du réacteur 5 le produit qui n'a réagi que de manière partielle, et l'autre qui sert à évacuer le produit vers des bennes fermées. Le réacteur 5 qui vient d'être décrit permet d'ob tenir un excellent rendement de réaction chimique, puisque la concentration de réactif et le temps de contact entre les fumées et le réactif sont élevés, puisque la distribution spatiale du réactif est optimale, et puisque la vitesse rela tive entre les fumées et le réactif est favorable, ces critè res étant précisément ceux qui favorisent le rendement de la réaction en question. Les fumées quittent ensuite le réacteur 5 par un conduit 10, et elles pénètrent dans un filtre à manches 11 à décolmatage par contre-courant sous basse pression. Ce filtre à manches présente une surface de filtra tion, dont l'aire peut être, par exemple, de l'ordre de 2 800 m#, qui est répartie en cellules# indépendantes les unes des autres et constituées chacune d'un bloc filtrant ou "cassette" démontable. La séparation des particules solides contenues dans les fumées est réalisée en deux étapes successives, à savoir une séparation mécanique par changement de direction et expan sion de ces fumées dans la trémie des filtres, puis par une filtration à travers des tissus filtrants. Cette filtration est réalisée sur la face extérieure des tissus qui sont constamment protégés par une couche poreuse de chaux ayant plus ou moins réagi. L'épaisseur de cette couche est maintenue constante dans le temps grâce au système de nettoyage à basse pression. Cette couche contribue également à achever la réaction d'adsorption du chlore sur la chaux et la filtration des métaux lourds. Par un système de registres, chaque cellule peut être isolée du côté des fumées et du côté des poussières, ce qui permet d'intervenir pour le contrôle ou le changement des marches sans arrôte#--l'-ensemhje de l'installation. Si l'on prévoit un bloc de rechange en réserve, une cellule complète peut être changée en quelques minutes. Les manches d'un filtre sont nettoyées séquentiellement cellule par cellule pendant un court instant. La cellule en phase de nettoyage est isolée par un clapet, et ainsi ne se trouve plus en phase de filtration. De l'air propre de décolmatage peut alors etre soufflé à contre-courant par rapport au sens normal de passage des gaz, ce qui provoque une secousse sur les manches filtrantes. La couche composée de chaux chlorée et de poussières déposées sur le côté sale des manches est décollée et elle tombe dans la trémie du filtre. Ce type de nettoyage à contre-courant et sous basse pression offre l'avantage, d'une part, de fournir un nettoyage efficace sans qu'il en résulte des contraintes mécaniques élevées sur les manches, et, d'autre part, de maintenir une couche de chaux sur ces dernières pour les protéger d'un colmatage à coeur par les particules les plus fines. Afin d'éviter le refroidissement de la cellule pendant son nettoyage, l'air soufflé est réchauffé au préalable par échange de calories prélevées sur la gaine de sortie des fumées du filtre. Comme le comprendront aisément les spécialistes en la matière, la conception de ce filtre selon l'invention permet une réduction des turbulences dans le canal d'entrée, une distnbution équilibrée des gaz dans chaque cellule de filtration, une bonne répartition de la chaux le long des manches filtrantes et une vitesse d'attaque des manches filtrantes sensiblement constante. A partir de la gaine de sortie 12 du filtre 11, les fumées sont amenées sous l'effet d'un ventilateur 13 å un réçupérateur de chaleur 14 qui, selon l'invention, est destiné à capter la chaleur sensible des fumées entre 2400C environ, ce qui est la température normale de reJet selon l'état antérieur de la technique, et 1650C environ, qui est la température d'exhaure rendue possible grâce à la déchloration selon l'invention et à l'abaissement du point de rosée qu'elle entraîne. Toutes les températures indiquées dans ce qui va suivre sont évidemment des valeurs approximatives qui sont données seulement à titre d'exemples non limitatifs et qui peuvent varier selon les conditions de fonctionnement de l'installation selon l'invention, Le récupêrateur de chaleur 14 est constitué d'un économiseur acier-fonte 15 (voir la figure 2) abaissant la température des fumées de 2400C à l'entrée 16 jusqu'à 1650C à la sortie 17 en réchauffant -un fluide thermique intermédiaire de 1000C à l'entrée 18 jusqu'à 1500C à la sortie 19. Ce fluide circule entre l'économiseur 15 et un échangeur de chaleur 20 où il transfère l'énergie ainsi récupérée à un réseau de chauffage urbain 21 par l'intermédiaire d'un circuit du type connu sous le nom commercial de TRANSCAL 65. Le réseau de chauffage urbain 21 est également alimenté par l'échangeur de base 22 de l'unité d'incinération qui reçoit en 23 de la vapeur d'eau à 1900C environ. Enfin, un second échangeur de chaleur 24 reçoit en 25 les fumées dépoussiérées à 1650C émanant de l'échangeur 15, ce qui les amène à 1400 C, et permet de chauffer du fluide à 1000C prélevé en 26 entre les échangeurs 15 et 20 jusqu'à 1500C environ pour qu'il puisse rejoindre en 27 le fluide allant vers l'échangeur 20. Les fumées ainsi traitées et dont l'énergie disponible a été récupérée sont évacuées par une cheminée 28 (voir la figure 1), et, en tant que de besoin, une fraction de ces fumées peut être recyclée vers le réacteur 5 par un conduit 29. D'autre part, les fines de chaux provenant du filtre 11 peuvent également être recyclées vers ce réacteur par un conduit 31 et stockées, puis évacuées, par un poste 30. Enfin, selon l'invention, les quantités de réactif introduites dans le réacteur 5 sont dosées en fonction de la teneur en chlore des effluents passant par le conduit 29 qui relie le ventilateur 13 à la cheminée 28. Cette teneur en chlore est déterminée au moyen de capteurs classiques non représentés dont les données alimentent un dispositif de commande agissant sur 1'amenée de chaux éteinte au réacteur 5, sur le recyclage des gaz et sur celui du réactif. Cette disposition permet, à la fois, de vérifier que la teneur en chlore des fumées évacuées par la cheminée 28 est bien conforme à la réglementation en vigueur, et, d'autre part, d'optimiser la consommation de chaux éteinte.Au lieu, en effet, de régler le débit de réactif en fonction de la concentration maximale de chlore dans les fumées, soit environ 1.500 mg/Nm3, le dosage se fait à partir de la concentration réelle qui est en moyenne de 800 à 1.000 mg/Nm3. Même en tenant compte de l'inertie des divers éléments de l'installation, ceci représente une économie de réactif qui est voisine de 35. Avantageusement, l'installation selon l'invention comporte deux fours 1 et une ligne de traitement par four, soit deux en tout. Sur chacune d'elles, on trouve un récupérateur 14 tubulaire acier-fonte qui peut être d'une puissance de l'ordre de 700 thermies par heure. Le matériel suivant est commun aux deux lignes : un ensemble de tuyauteries calorifugées, deux pompe de circulation, un vase d'expansion, un vase de vidange, une pompe de remplissage, un échangeur de chaleur 14 qui peut etre, par exemple, d'une puissance de l'ordre de 1.400 thermies par heure, soit deux fois 700 thermies par heure, conformément à ce qui a été indiqué plus haut, et un régulateur de température pour maintenir à 1400C l'eau du réseau de chauffage urbain 21. On indiquera enfin que, selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux de la présente invention, le fluide thermique intermédiaire qui circule entre l'entrée 18 et la sortie 19 de l'économiseur 15 est constitué par un fluide caloporteur connu sous le nom commercial de "THERMELF 100 ou 300", et que le réactif utilisé est de la chaux dont la granulométrie est telle que 5% passent à 80 microns. - REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement des effluents chlorés provenant de l'incinération des ordures ménagères, caractérisé par le fait que l'on met en suspension dans lesdits effluents des particules d'un réactif de neutralisation en des quantités dosées en fonction de la teneur en gaz chlorhydrique de ces effluents ; on filtre ces derniers pour obtenir des poussières, d'une part, et des fumées, d'autre part ; et on récupère une partie au moins de l'énergie sensible contenue dans ces fumées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite mise en suspension des particules de réactif dans les effluents a lieu dans le venturi d'un réacteur, et que cette suspension est ensuite amenée dans une chambre de décantation où sont séparées les plus grosses particules qui sont ensuite recyclées vers le réacteur. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit filtrage est réalisé à contre-courant sous basse pression ; qu'il comprend, en succession, une séparation mécanique par changement de direction et par expansion des gaz, puis une filtration à travers des tissus filtrants ; et qu'il comprend des phases séquentielles de nettoyage du filtre par insufflation sur certaines de ses parties d'un courant d'air circulant à contrecourant par rapport au sens normal de passage des fumées. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite récupération de l'énergie sensible des fumées a lieu au moyen d'un fluide intermédiaire par échange de chaleur entre ces fumées et un réseau de chauffage urbain auquel est également raccordé l'échangeur de base de l'unité d'incinération, ledit fluide intermédiaire étant réchauffé par échange de chaleur au moyen des fumées dépoussiérées qui proviennent dudit filtrage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on recycle au moins partiellement les fines provenant de l'opération de filtrage et/ou les fumées dont l'énergie sensible a été récupérée 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications1 à 5, caractérisé par le fait que ledit réactif est constitué par de la chaux éteinte. 7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comprend, en succession, un four (1) d'incinération des ordures ménagères dont les fumées alimentent une chaudière (3) et débouchent dans un réacteur (5) alimenté par un silo à réactif (6), un filtre (11) relié au réacteur (5) pour séparer les solides des fumées, et un dispositif de récupération de chaleur (14) traversé par les fumées sous l'effet d'un v#entilateur (13) pour être évacuées dans l'atmosphère par une cheminée (28). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée par le fait que ledit réacteur (5) comprend un venturi débouchant à travers un passage qui l'entoure dans une chambre de détente pour la décantation des plus grosses particules, lesquelles sont recueillies dans un dispositif de recyclage. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée par le fait que ledit filtre (11) comporte des cellules indépendantes les unes des autres et constituées chacune par un bloc filtrant démontable, chacune desdites cellules comprenant des registres permettant de l'isoler en vue de son nettoyage par insufflation d'air à contre-courant et sous basse pression. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée par le fait que ledit dispositif de récupération de chaleur (14) comprend un premier échangeur de chaleur (15) alimenté par les fumées# dépoussiérées et qui réchauffe un circuit de fluide intermédiaire, un deuxième échangeur de chaleur (20) alimenté par ce fluide intermédiaire et qui fournit des calories à un réseau de chauffage urbain (21) auquel est également raccordé 11 échangeur de base (22) de l'usine d'incinération, et un troisième échangeur de chaleur (9j) alimenté par les fumées dépoussiérées issues dudit premier échangeur de chaleur (15)qui fournit des calories audit fluide intermédiaire. 11. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée par le fait qu'elle comprend des circuits de recyclage permettant d'introduire dans le réacteur (5) une partie prédéterminée des fines du réactif et/ou des effluents de l'installation. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens pour déterminer la teneur en gaz chlorhydrique des fumées traitées, lesquels agissent sur des moyens pour modifier le débit du réactif, le recyclage des gaz et le recyclage des fines du réactif. 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens pour réchauffer l'air soufflé pendant les phases de nettoyage du filtre (li) par échange de calories prélevées sur la gaine de sortie des fumées du filtre.