Brevet FR2684564A3 — publié le 19930611

FR 2684564 A3 19930611 FR 9115195 A 19911204 PROCEDE ET INSTALLATION DE FILTRATION DE REJETS GAZEUX CHARGES DE POUSSIERES L'invention concerne le domaine de la filtration de fumées chargées de poussières produites par une installation industrielle, telle qu'une installation d'agglomération du minerai de fer. Les installations d'agglomération du minerai de fer sont destinées à conditionner celui-ci sous forme de boulettes cuites destinées à alimenter les hauts fourneaux. Ces installations sont des émetteurs notables de polluants atmosphériques (poussières, SO2, NOx, CO, métaux lourds, aérosols acides, composés organiques). En particulier, les poussières émises représentent jusqu 40 % de toutes celles qui sont rejetées par une usine sidérurgique intégrée. Il est donc très important de s'efforcer de réduire la quantité de rejets polluants émis par ces installations. Les modifications des caractéristiques du procédé d'agglomération lui-même qui ont été expérimentées jusqu'ici n'ont permis d'obtenir que des améliorations modestes du point de vue des rejets gazeux et des aérosols acides. De plus, ces modifications s'avèrent dans certains cas préjudiciables à la qualité des agglomérés produits. Actuellement, la solution retenue est d'utiliser un mode de production de l'aggloméré optimisé du point de vue de la qualité du matériau, et dépurer les fumées de cuisson de l'installation au moyen de cyclones et d'électrofiltres, en cherchant à obtenir les meilleures performances possibles pour ces dispositifs. On arrive ainsi à rejeter dans l'atmosphère des fumées ne contenant plus qu'environ 100 à 200 mg/m3N de poussières, 800 à 2300 mg/m3N de SO2, 500 à 1500 mg/m3N de NOx. Ces performances demeurent encore peu satisfaisantes. En particulier, si les installations d'agglomération devaient un jour être classées parmi les installations de combustion, elles ne pourraient remplir les normes européennes et nationales en vigueur et à venir. Celles-ci prévoient (Directive Européenne du 21.02.1984) des émissions maximales de 50 mg/m3N pour les poussières, 250 mg/m3N (400 en 1995) pour le S02 et 800 mg/m3N (400 en 1995) pour les NOx. Les filtres à manches sont connus pour être des moyens de filtration très efficaces des émissions gazeuses dans d'autres domaines industriels (par exemple, les centrales thermiques, les aciéries électriques, les fonderies, l'industrie alimentaire, l'industrie pharmaceutique), et pourraient apporter une solution satisfaisante au problème de l'élimination des poussières et des aérosols acides et organiques. Les tentatives d'utilisation de tels filtres sur des installations d'agglomération qui ont été faites jusqu'à présent n'ont, toutefois, pas été convaincantes. D'abord, la température et l'acidité élevées des fumées rendaient cellesci trop agressives vis-à-vis des matériaux filtrants classiquement employés (textiles, feutre). Puis la mise au point de matériaux adaptés à ces conditions difficiles (fibres de verre, PTFE) n'a pas résolu tous les problèmes. En effet la nature des matières à filtrer entraîne un colmatage rapide des filtres, car les poussières très fines, issues d'une phase vapeur et constituées pour une large part par des composés organiques et des chlorures alcalins, ont une forte tendance à s'agglomérer et à adhérer fortement aux manches des filtres. Les opérations de décolmatage des filtres sont ainsi incomplètes, et très rapidement les filtres finissent par se boucher et ne plus fonctionner dans des conditions satisfaisantes. Le but de l'invention est de permettre l'utilisation de filtres à manches dans des installations émettant des poussières ayant une forte tendance à s'agglomérer et se prêtant mal aux opérations de décolmatage des filtres, notamment dans des installations d'agglomération du minerai de fer. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de filtration de rejets gazeux chargés de poussières, du type utilisant un filtre à manches à travers lequel passent lesdits rejets gazeux, selon lequel on effectue périodiquement une opération de décolmatage dudit filtre, caractérisé en ce que, après chaque opération de décolmatage, on effectue sur ledit filtre le dépôt d'une couche d'un matériau pulvérulent ayant la propriété de former sur ledit filtre une couche aisément détachable lors de la phase de décolmatage suivante. L'invention a également pour objet une installation de filtration pour la mise en oeuvre de ce procédé. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à déposer sur les manches du filtre, après leur décolmatage et au début de chaque période de filtration, une pellicule d'un matériau pulvérulent, tel que de la chaux éteinte, qui adhère suffisamment peu aux parois des manches pour en être facilement expulsé pendant l'opération de décolmatage. Lors de cette opération, le matériau pulvérulent entraîne dans sa chute les poussières qui se sont déposées sur lui pendant la période de filtration. On peut ainsi assurer à chaque opération un décolmatage convenable du filtre, dont les performances acquièrent ainsi une excellente stabilité dans le temps qui permet une utilisation de l'installation la plus continue possible. On rappelle qu'un filtre manches est un appareil dans lequel le courant-gazeux poussiéreux traverse un tissu. Sur ce tissu se forme un gâteau de poussières qui assure alors l'essentiel du mécanisme de séparation des particules du flux gazeux. Au fur et à mesure de l'avancement de l'opération de filtration, le dépôt de poussières croît en épaisseur et l'espace disponible pour le passage des gaz diminue, ce qui augmente leur perte de charge. Lorsque celle-ci atteint un niveau jugé incompatible avec le bon fonctionnement de l'installation, le filtre est décolmaté afin qu'il retrouve une perte de charge satisfaisante. Ce décolmatage peut être réalisé d'une manière purement mécanique par secouage du support du tissu, ou d'une manière pneumatique par circulation à travers le tissu d'un gaz à contre-courant du gaz filtré, ou par soufflage brusque d'air comprimé sur le tissu, cette dernière solution étant la plus efficace. Dans tous les cas, les dépôts qui se trouvaient sur les filtres tombent dans la partie inférieure de l'enceinte qui renferme l'installation, d'ou ils sont périodiquement évacués. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, celle-ci faisant référence aux figures annexées - la figure 1 qui montre vue schématiquement en coupe une installation de filtration de rejets gazeux poussiéreux selon l'invention - la figure 2 qui montre schématiquement un filtre pendant l'opération de filtration - la figure 3 qui montre schématiquement le même filtre pendant l'opération de décolmatage - la figure 4 qui montre l'évolution en fonction du temps de la perte de charge des gaz à leur traversée du filtre lors de l'utilisation d'un filtre à manches dans des conditions habituelles - la figure 5 qui montre cette même évolution lorsqu'on utilise le procédé selon l'invention. L'installation de filtration représentée sur la figure 1 est associée, par exemple, à une chaîne d'agglomération du minerai de fer non représentée. Les fumées issues de la cuisson de l'aggloméré sont recueillies au niveau des botes à vent et circulent dans une conduite 1 à laquelle est connectée l'installation. Celle-ci comprend une enceinte 2, dans la partie inférieure sensiblement tronconique 3 de laquelle le gaz à traiter parvient latéralement. L'enceinte 2 comporte une cloison 4 sensiblement horizontale dans laquelle sont insérés des filtres verticaux 5, 6, 7, 8, 9 et qui définit dans l'enceinte 2 un compartiment amont 10 et un compartiment aval 11. Pour passer d'un compartiment à l'autre, les gaz doivent obligatoirement traverser les filtres 5, 6, 7, 8, 9. Le compartiment amont comprend, à son extrémité inférieure, un sas 12 qui permet l'évacuation périodique des poussières 13 qui s'accumulent dans le fond du compartiment 10 sous l'effet des décolmatages successifs des filtres 5, 6, 7, 8, 9. Le compartiment aval 11 de l'enceinte 2 comprend une rampe 14 de gicleurs pouvant insuffler de l'air comprimé, prélevé dans un réservoir 15, à travers les filtres 5, 6, 7, 8, 9 en sens inverse du parcours des gaz à filtrer, pour assurer le dêcolmatage des filtres 5, 6, 7, 8, 9. Sur la partie supérieure du compartiment aval 11 est connectée une conduite 16 d'évacuation des gaz, reliée à une installation d'aspiration non représentée assurant l'extraction des gaz des boites à vent et leur circulation dans l'installation de filtration. Les flèches traduisent le parcours des gaz de combustion à travers les différents éléments de l'installation. La figure 2 montre plus en détail un des filtres, tel que le filtre 6. On retrouve sur cette figure la cloison 4 et la rampe 14 de la figure 1. Le filtre 6 comprend un panier métallique 17 inséré dans un orifice 18 ménagé dans la cloison 4. Ce panier est formé par un réseau tridimensionnel de fils entrecroisés. Il est de forme générale cylindrique ou parallélépipédique. Un tissu filtrant 19, en un matériau tel qu'un textile, un polymère ou une association de ces matériaux, est fixé à la cloison 4, et entoure totalement le panier 17 sur ses faces libres. L'installation comporte également un venturi 20 inséré à l'intérieur de l'orifice 18 de la cloison 4, et faisant face à un gicleur 21 ménagé dans Ila rampe 14. La figure 2 représente le filtre pendant une phase de filtration, où le gaz à filtrer s'écoule du compartiment aval 10 au compartiment amont 11 comme indiqué par les flèches. Le courant gazeux plaque le tissu 19 contre le panier 17, et les poussières se déposent sur le tissu 19 pour former progressivement un gâteau 22 dont l'épaisseur croît au fur et à mesure de l'opération de filtration. La figure 3 montre le même filtre 6 lors de la phase de décolmatage. De l'air comprimé est injecté à l'intérieur du tissu 19, à partir du gicleur 21 de la rampe 14. Grâce notamment au venturi 20, cet air provoque une forte augmentation de la pression à l'intérieur du tissu 19, dont il provoque le gonflement. Le décollement du gâteau 22 intervient brutalement à l'arrêt du gonflement du tissu 19, et les morceaux 23 du gâteau 22 tombent dans la partie inférieure de l'enceinte 2. Après quoi le tissu 19 retrouve sa forme initiale. C'est le déroulement habituellement déficient de cette opération de décolmatage qui dissuadait, jusqu'à présent, les utilisateurs de chaînes d'agglomération du minerai de fer d'appliquer les filtres à manches au dépoussiérage des gaz de combustion de leurs installations. En effet, les poussières ont tendance à s'agglomérer sous l'effet de divers phénomènes, tels que l'humidité du milieu et les réactions chimiques entre les poussières elles-mêmes, entre les poussières et les gaz, voire entre les poussières et les matériaux de certains filtres. L'effet de ces imperfections du décolmatage est que après celui-ci, les pertes de charge, qui avaient diminué à l'issue du décolmatage, remontent jusqu'à atteindre rapidement un niveau tel que le filtre ne peut plus traiter les gaz avec un débit suffisant et doit être à nouveau décolmaté. Comme ce décolmatage doit, dans certains cas, être effectué en dehors d'une période de filtration, cela oblige à arrêter totalement l'aspiration des gaz, ou à dévier ceux-ci vers une autre installation de filtration fonctionnant parallèlement à celle qui est décolmatée. Ainsi, sur la figure 4, on voit que après chaque décolmatage, la perte de charge dans les filtres (pour une vitesse de filtration d'environ 50 m/h, des manches en tissé de verre 770 g/m2 et une teneur en poussières des gaz traités de l'ordre de 500 mg/m3N) s'établit à environ 180 mm de colonne d'eau (NB : les brèves chutes à O mm apparentes sur la figure 4 ne sont dues qu'à l'arrêt de la filtration pendant le décolmatage), et ne met ensuite que 5 minutes pour atteindre la valeur de 200 mm de colonne d'eau. Cette valeur est prise comme limite supérieure acceptable pour la perte de charge dans l'installation considérée car une valeur de 250 mm correspondrait à un colmatage irréversible nécessitant le remplacement du filtre. Les décolmatages doivent donc intervenir toutes les 5 minutes, ce qui est peu compatible avec une marche industrielle de l'installation. Dans le but de pallier cet inconvénient, conformément à l'invention, on ajoute à l'installation qui vient d'être décrite des organes permettant d'introduire dans le courant gazeux un matériau pulvérulent, tel que de la chaux éteinte Ca(OH)2, immédiatement après le décolmatage des filtres. Ces organes, schématisés sur la figure 1, comprennent notamment une trémie 24 contenant la chaux 25 et une vanne 26 commandant l'admission de la chaux 25 dans la conduite 1 d'amenée des gaz vers l'installation de filtration. La chaux est introduite après chaque opération de décolmatage, à raison d'une quantité de l'ordre de 10 % de la quantité totale de poussières incidentes sur le filtre. Après cette introduction de chaux, la filtration des gaz est poursuivie normalement, jusqu'au prochain décolmatage qui sera suivi d'une nouvelle introduction de chaux. La figure 5 montre les résultats obtenus sur la même installation que précédemment, traitant les mêmes gaz auquels, pendant une brève période suivant chaque décolmatage, sont ajoutées des particules de chaux éteinte de manière à former sur le filtre une précouche d'épaisseur de l'ordre de 10 à 100 ym. On voit que, dans ces conditions, après chaque décolmatage la perte de charge dans le filtre est abaissée jusqu'à environ 120 mm de colonne d'eau. Ensuite, l'augmentation de cette perte de charge est très progressive, puisque les 200 mm de colonne d'eau que l'on cherche à ne pas dépasser ne sont atteints qu'après pratiquement~4 heures de fonctionnement de l'installation (à comparer aux 5 minutes constatées dans la marche sans injection de chaux). Dans ces conditions, l'utilisation de filtres à manches sur des installations d'agglomération de minerai de fer devient parfaitement viable. I1 est ainsi possible de limiter la quantité de poussières rejetées à 1 l'atmosphère avec les gaz filtrés à moins de 5 mg/m3N, ce qui est très inférieur aux exigences légales présentes et prévisibles pour ces rejets. De plus, on observe de légères baisses des rejets acides (HF et HC1) et des rejets organiques volatils dues vraisemblablement à leur captage partiel par la chaux de la précouche. Il faut toutefois veiller à ce que cette réaction ne concerne qu'une épaisseur relativement limitée du dépôt de chaux, pour que celui-ci conserve sa capacité à se décoller facilement du filtre. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. En particulier d'autres matériaux pulvérulents que la chaux éteinte peuvent être utilisés pour réaliser le revêtement des filtres par une précouche. L'essentiel est qu'ils présentent les mêmes propriétés de facilitation du décolmatage que la chaux éteinte. De même, d'autres modes de décolmatage des filtres que celui décrit dans l'exemple peuvent être utilisés. Enfin on peut envisager l'application de l'invention à d'autres installations qu'une agglomération de minerai de fer, dans la mesure ou on désire faciliter le décolmatage des filtres à manches qui assurent l'épuration des gaz poussiéreux qu'elles émettent. REVENDICATIONS 1) Procédé de filtration de rejets gazeux chargés de poussières, du type utilisant un filtre à manches à travers lequel passent lesdits rejets gazeux, selon lequel on effectue périodiquement une opération de décolmatage dudit filtre, caractérisé en ce que, après chaque opération de décolmatage, on effectue sur ledit filtre le dépôt d'une couche d'un matériau pulvérulent ayant la propriété de former sur ledit filtre une couche aisément détachable lors de la phase de décolmatage suivante. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau pulvérulent est de la chaux éteinte. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit décolmatage est pratiqué par insufflation d'air comprimé à travers les manches du filtre. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits rejets gazeux sont des fumées de cuisson d'une installation d'agglomération du minerai de fer. 5) Installation de filtration des rejets gazeux chargés de poussière, du type comportant au moins un filtre à manches (5,6,7,8,9), des moyens (1,2,4) pour faire traverser ledit filtre (5,6,7,8,9) par lesdits rejets gazeux, et des moyens (14, 20) de décolmatage dudit filtre, caractérisé en ce qu'elle comprend également des moyens (24,26) pour mélanger auxdits rejets gazeux un matériau pulvérulent (25) destiné à revêtir la surface des manches dudit filtre (5,6,7,8,9). 6) Installation selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de décolmatage dudit filtre sont constitués par des moyens d'insufflation d'air comprimé à travers les manches dudit filtre.