Brevet FR2688708A1 — publié le 19930924

INSTALLATION DE DEPOUSSIERAGE ET DE LAVAGE DE GAZ La présente invention concerne une installation de dépoussiérage et de lavage de gaz, notamment de gaz produits par incinération d' ordures ou de refus de compostage, dans laquelle un circuit des gaz comporte successivement au moins un venturi, des moyens de lavage des gaz qui sont pourvus de pulvérisateurs de liquide, de filtres et de séparateurs de gouttelettes, et au moins un ventilateur de sortie évacuant les gaz lavés vers une cheminée. L' invention s' applique en particulier au domaine de 1 épuration des gaz de combustion produits par incinération d' ordures ménagères ou de refus de compostage. L' incinération des ordures ménagères a fait l' objet de nombreuses études et analyses concernant les matières à brûler et les gaz issus de leur combustion. En ce qui concerne la combustion des refus de compostage, les applications dtincinération sont encore peu nombreuses. Cependant, on a pu constater que la combustion de ces matières dégage plus d'acide chlorydrique et plus de poussières submicroniques que la combustion des ordures ménagères. Pour satisfaire aux normes de plus en plus sévères s' appliquant au rejet des gaz d'incinération dans l' atmosphère, la solution habituelle consiste à traiter les gaz par lavage pour éliminer ou neutraliser les acides et pour retenir les particules solides les plus grosses, si elles nu ont pas été retenues au préalable par des cyclones, puis à retenir les particules les plus fines au moyen de filtres à manches ou de filtres électrostatiques. Or, ces filtres sont extrêmement encombrants et coûteux et en outre, les filtres électrostatiques sont de gros consommateurs d' énergie . La demande de brevet français nO 2 600 553 décrit une installation de dépoussiérage ayant les caractéristiques spécifiées plus haut, pour dépoussiérer un courant gazeux dont le débit est important et la concentration en poussières est faible. Dans cette installation, le gaz chargé de poussières est soumis à un prélavage par pulvérisation dut un liquide, puis une agglomération des particules est produite par passage du courant gazeux dans un ou plusieurs venturis, après quoi un processus classique de lavage des gaz est appliqué. Ce procédé ne peut pas être mis en oeuvre sur des gaz de combustion, car ceux-ci sont trop chauds pour être soumis à un prélavage à lteau. En conséquence, la présente invention a pour but de perfectionner une installation de dépoussiérage des gaz par lavage de façon à augmenter son efficacité, en particulier pour retenir les particules ayant une taille de l'ordre du micromètre ou en dessous, en vue d'éviter I'utilisation de filtres secs avant le rejet des gaz de combustion dans 1 atmosphère. Dans ce but, l'invention concerne une installation du genre spécifié plus haut, caractérisée en ce que le venturi est précédé dtun couloir de refroidissement dans lequel les gaz circulent longitudinalement, ledit couloir de refroidissement comprenant une zone d'entrée dans laquelle des moyens de pulvérisation d'eau produisent un brouillard dans les gaz, une zone centrale dépourvue de moyens de pulvérisation, et une zone de sortie pourvue de moyens de récolte d'eau. Dans une forme préférée de l'installation, le couloir de refroidissement est précédé d'un échangeur de chaleur gaz/gaz qui est traversé par le circuit des gaz entre le ventilateur de sortie et la cheminée, de sorte que les gaz entrants sont refroidis par les gaz lavés. Suivant une disposition avantageuse, le venturi est disposé selon une orientation descendante par rapport à 1' entrée d' un premier compartiment de lavage des gaz et présente une sortie divergente audessus d' une surface d' eau de lavage contenue dans ce compartiment. De préférence, le couloir de refroidissement est sensiblement horizontal ou incliné dans la direction de circulation des gaz, et est raccordé directement au venturi par un coude présentant une diminution progressive de section. Le couloir de refroidissement peut être disposé au-dessus des moyens de lavage des gaz, et l'échangeur de chaleur peut être disposé en alignement avec ledit couloir et au-dessus du ventilateur de sortie. Une caractéristique avantageuse de l'installation consiste en ce que les moyens de lavage des gaz sont pourvus dut un dispositif d'injection de chaux pulvérulente sous l'action du ventilateur haute pression. De préférence, le dispositif d'injection de chaux comporte au moins un injecteur débouchant dans ladite sortie du venturi. Dans une forme de réalisation particulière, dans le premier compartiment de lavage, le circuit des gaz présente une partie montante autour de la sortie du venturi, de sorte que les gaz sont déviés sensiblement de 1800 sur ladite surface d'eau, et des pulvérisateurs d' eau de lavage sont disposés dans ladite partie montante du circuit des gaz. Les moyens de lavage des gaz peuvent comporter, après le premier compartiment, - plusieurs compartiments successifs séparés par des parois pourvues de filtres ou de séparateurs de gouttelettes, à travers lesquels passe le circuit des gaz, chacun de ces compartiments successifs ayant une partie inférieure agencée en bac de récolte de l' eau de lavage, et le bac de récolte d' au moins un des compartiments successifs a un fond incliné en direction du compartiment précédent avec lequel il communique par au moins une ouverture ménagée au bas de la paroi qui les sépare. De préférence, les moyens de lavage des gaz comportent au moins un circuit de pulvérisation d' eau recyclée, cette eau étant prélevée dans le bac de récolte d'un des compartiments successifs pour être pulvérisée dans un compartiment précédent. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement le circuit des gaz dans une installation selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en élévation schématique de l'installation, où certains éléments sont représentés en coupe verticale. En référence à la figure 1, des gaz de combustion sortant d'une chaudière d'incinération arrivent, à une température d' environ 230 à 2500 C, par un conduit d'entrée 1 dans un échangeur de chaleur 2 où ils subissent un premier refroidissement jusqu'à environ 1900 C. Les gaz passent ensuite dans un couloir de refroidissement 3 dont un tronçon d'entrée 3a est équipé de pulvérisateurs à eau 4 diffusant un brouillard de fines gouttelettes dans les gaz. L' excès d' eau est recueilli dans une gouttière 5 dans une zone de sortie 3c du couloir 3. Ensuite, les gaz refroidis à une température comprise entre 90 et 1000 C sont conduits par un coude à réduction 6 dans un tube venturi 7 formant l' entrée d' un dispositif 8 de lavage des gaz. Au moins un injecteur 38 est disposé dans la sortie du venturi 7 pour diffuser de la chaux pulvérulente dans les gaz afin de neutraliser les acides. Le dispositif de lavage 8 contient plusieurs rampes de pulvérisation d' eau de lavage 9, 10, 11 et 14, des séparateurs de gouttelettes 12, des filtres 13, 15 et des dévésiculeurs ou séparateurs fins de gouttelettes 16. Les gaz ainsi lavés sont chassés par un ventilateur 17 à travers un diffuseur 19 et l' échangeur de chaleur 2, pour prélever de la chaleur des gaz entrants avant d' être évacués dans l'atmosphère par une cheminée 20, comme l'indique la flèche A. Les autres particularités et le fonctionnement de l'installation seront décrits en référence à la figure 2. L'échangeur de chaleur 2 peut être du type à contre-courant et il est réalisé de préférence en aciers spéciaux résistant aux acides. Les gaz entrants sont partiellement refroidis dans cet échangeur, tandis que les gaz d' échappement sont réchauffés proportionnellement, ce qui présente des avantages qui seront exposés plus loin. Cette disposition permet en outre une économie d'eau de refroidissement. Une seconde étape de refroidissement intervient dans le couloir 3, grâce à de l' eau de lavage prélevée dans le dispositif 8 et délivrée au moyen d'une pompe 21 et d' une conduite 22 pour alimenter les pulvérisateurs 4. Un pH-mètre 23 est raccordé à cette conduite pour contrôler le pH de l'eau de lavage et ajuster en conséquence l'adjonction de chaux par l'injecteur 38. Les pulvérisateurs 4 diffusent un brouillard de fines gouttelettes dans la zone d' entrée 3a du couloir 3. Ces gouttelettes sont entraînées par les gaz dans la zone centrale 3b du couloir et elles contribuent à refroidir les gaz par leur échauffement et leur vaporisation partielle. Certaines gouttelettes sont complètement vaporisées, tandis que d'autres ne subissent qu'une évaporation partielle qui diminue leur diamètre. Ce phénomène est particulièrement avantageux parce qu'il permet d'obtenir des gouttelettes très fines, de l'ordre de 0,1 à 0,8 micromètres qui sont capables de piéger des particules solides de taille comparable. On dispose ainsi de conditions idéales en vue d'une coalescence ou agglutination des particules solides avec les particules liquides au passage du venturi 7. L'excès d'eau pulvérisée refroidit les parois du couloir et, une fois recueilli par la gouttière est évacué par gravité dans une conduite 24 menant au dispositif de lavage 8. Le couloir de refroidissement 3 peut avantageusement être fait d'un fluoropolymère du type commercialisé sous la marque HALAR par le groupe Montedison. Le coude convergent 6 peut être réalisé en polypropylène. Il conduit les gaz vers le convergent du venturi 7 tout en augmentant progressivement la vitesse des gaz. Le venturi peut aussi être réalisé en polypropylène. Son divergent introduit les gaz dans une direction verticale descendante dans un premier compartiment 8a du dispositif de lavage 8. En effet, celui-ci comporte une cuve à fond incliné 25 contenant l'eau de lavage 26 et est subdivisé en quatre compartiments 8a à 8d par des parois verticales 27 à 29. Ces parois ont des ouvertures supérieures pour le passage des gaz, en dessus du niveau 30 de l'eau de lavage, et des ouvertures inférieures 31, 32, 33 laissant passer l'eau de lavage et les boues qu'elle contient. Le venturi 7 présente un haut rendement aéraulique qui favorise l'agglutination des particules solides grâce à la présence des particules liquides finement divisées provenant du couloir de refroidissement 3, et grâce à la turbulence des gaz franchissant le col du venturi à des vitesses supérieures à 150 m/s. Les particules ainsi agglomérées et grossies sont projetées violemment sur la surface d' eau de lavage 30, où elle sont absorbées, tandis que les gaz sont brusquement déviés comme l'indique les flèches B. La chaux destinée à neutraliser les acides contenus dans les gaz et dans liteau de lavage est introduite par l'injecteur 38 à la sortie du venturi 7. La grande vitesse des gaz à cet endroit et la projection des particules sur la surface liquide 30 assurent instantanément un mouillage et une dispersion parfaite de la chaux en poudre. On évite ainsi les inconvénients constructifs et fonctionnels du dispositif spécial habituellement prévu pour préparer, stocker et doser un lait de chaux. Le dispositif d'injection de chaux pulvérulente comprend simplement un silo à chaux 34, un dévoûteur combiné avec une vanne de dosage motorisée 35, un ventilateur 36 fournissant l'air nécessaire au transport de la chaux sous forme pulvérulente par une conduite 37 allant à l'injecteur 38. Le débit de la chaux est commandé par le pH-mètre 23 agissant sur la vanne motorisée 35. Le pH de l'eau de lavage est ainsi maintenu à une valeur proche de 7, malgré l'absorption des gaz acides Dans les compartiments de lavage 8a et 8b, de l'eau de lavage fournie par la conduite 22 est pulvérisée dans le courant gazeux au moyen de deux rampes de pulvérisation 9, disposées de part et d'autre du venturi et dirigées vers le haut, et de rampes de pulvérisation 10 dirigées vers le bas derrière la paroi 27. La pulvérisation de la solution de lavage dans le sens du courant gazeux permet d'obtenir une grande superficie des surfaces d'échanges gaz/liquide qui, combinée avec un temps de séjour prolongé grâce à la longueur du circuit sinueux des gaz dans le dispositif 8, favorise considérablement l'absorption et la neutralisation des gaz acides tels que HC1, S02 et HF. Le séparateur de gouttelettes 12 constitue un dévésiculeur de sortie du compartiment de lavage 8b, monté dans l'ouverture supérieure de la paroi 28. Il s'agit d' un appareil connu comportant une batterie de lames verticales sinueuses présentant des surfaces contre lesquelles les gouttelettes sont projetées par les déviations successives du courant gazeux et se réunissent pour s'écouler vers le bas et tomber dans la cuve du compartiment de lavage. Un tel appareil est commercialisé en France par la société SIFAT. Dans ce séparateur, les gaz sont débarrassés des vésicules et gouttelettes plus ou moins chargées de particules solides. Il s'agit en fait d'un essorage ou d'une épuration partielle éliminant les gouttelettes d'une taille supérieure à 25 ou 30 micromètres. Une rampe de pulvérisateurs 11 est disposée devant le séparateur 12 et assure son nettoyage permanent avec de l'eau décantée, prélevée dans le compartiment suivant 8c et délivrée au moyen d'une pompe de recyclage 40 et d' une conduite 41. Les filtres finisseurs 13 et 15 montés respectivement au-dessus des parois 28 et 29 permettent, en combinaison avec la pulvérisation d' eau par les pulvérisateurs 14, le captage et l'évacuation des particules de poussières submicroniques comprises entre 0,1 et 0,6 micromètres. Ces filtres sont formés par des garnissages se composant de plusieurs couches superposées de tissus spéciaux dont les dimensions de mailles sont croissantes dans le sens de passage des gaz. Des tissus de ce genre, présentant une configuration tridimensionnelle dite en pointes de diamant, sont commercialisés sous la marque B-GON par la société KIMRE Inc. Un tel tissu se distingue par une texture du genre grille, réalisée d'entrelacements de monofilaments en matière thermoplastique, donnant un système tridimensionnel de pyramides sur les deux faces du tissu. Les monofilaments dirigés exclusivement dans des directions perpendiculaires à la direction du courant gazeux assurent un taux de séparation maximal par action centrifuge. La structure du tissu engendre un courant transversal de gouttelettes séparées, entraînant ainsi les particules solides et réduisant fortement le risque de colmatage. En outre, le passage des gaz sur ces garnitures de filtration complète également la neutralisation des gaz acides. L' eau de ruissellement est recueillie dans la partie inférieure des compartiments 8c et 8d où les boues se décantent sur le fond en pente et sont évacuées progressivement avec l'eau, à travers les ouvertures 32 et 33, en direction du compartiment de lavage 8b. Le séparateur de gouttelettes 16 forme un dévésiculeur final et est également constitué de tissus du type B-GON décrits ci-dessus. Toutefois, les tissus sont choisis et disposés de façon à obtenir une séparation maximale des particules liquides véhiculées par les gaz. Dans le cas présent, cette séparation élimine les gouttelettes jusqu'à une taille de 3 micromètres. Celles-ci s'écoulent le long des tissus, disposés à 45 , pour tomber au fond du compartiment 8d. Le ventilateur 17, qui est entraîné par un moteur 18, garantit une dépression et une pression de refoulement suffisants pour assurer la circulation des gaz à travers l'installation. Sa vitesse de rotation est réglable pour ajuster le débit des gaz évacués à celui de l'incinérateur. Le diffuseur 19 reliant le ventilateur à 1' échangeur de chaleur 2 permet de récupérer une partie de l'énergie dynamique des gaz. En traversant l'échangeur 2, les gaz lavés sont réchauffés et leur température passe d'environ 600 C à environ 800 C, ce qui a pour conséquence un assèchement, une augmentation de volume et donc une vitesse d' éjection plus grande (environ 17 à 20 m/s) pour un même diamètre du conduit de cheminée 20. L'assèchement des gaz supprime tout risque de condensation et de coulure d' eau dans le conduit de cheminée, ce qui contribue fortement au maintien du fonctionnement correct d'une sonde 48 dite sonde bêta, effectuant automatiquement des prélèvements périodiques dans la cheminée pour mesurer les quantités de poussières et transmettre cette mesure à la salle de commande de l'installation. Les gaz ainsi traités et rejetés dans l'atmosphère sont conformes à la règlementation et aux normes européennes actuellement en vigueur. Les rejets de poussières sont inférieurs à 100 mg/Nm3 de gaz sec à 9 % de C02 (lNm3 = 1 m3 de gaz à température et pression normales). Les pulvérisateurs 14 sont alimentés en eau neuve prélevée dans le compartiment 8d au moyen d'une pompe de recyclage 42 et d'une conduite 43. L'eau neuve arrive dans le compartiment 8d par une conduite d' alimentation 44 ayant une vanne 45 commandée à l' aide d' un détecteur de niveau 46 placé dans le compartiment 8b, ce qui assure automatiquement le renouvellement de la solution de lavage en combinaison avec l'injection de chaux sous le contrôle du pH-mètre 23. Par ailleurs, on remarque que l' eau prélevée dans les compartiments respectifs 8b, 8c et 8d par les pompes 21, 40 et 42 est recyclée de manière à retomber chaque fois dans le compartiment précédent après avoir rempli sa fonction de lavage et de neutralisation. Il en résulte une importante réduction de la consommation d'eau de l'installation. Les particules solides se décantent au fond de la cuve du dispositif de lavage 8. Elles sont évacuées sous forme de boue liquide au moyen d'une pompe 50 et d'une conduite 51 en direction d'un filtre-presse 52 qui en extrait de l'eau susceptible d'être traitée dans une station de traitement des eaux usées. Malgré la présence du couloir 3 relativement long, l'installation décrite ci-dessus est assez compacte et présente un encombrement au sol réduit, parce que le couloir 3 est monté au-dessus du dispositif de lavage 8, sur une plate-forme horizontale 53, de même que l'échangeur 2 placé directement au-dessus du ventilateur 17. Cela permet aussi d'éviter des coudes entre le ventilateur et la cheminée. Revendications 1. Installation de dépoussiérage et de lavage de gaz, notamment de gaz produits par incinération d' ordures ou de refus de compostage, dans laquelle un circuit des gaz comporte successivement au moins un venturi (7), des moyens de lavage des gaz (8) pourvus de pulvérisateurs de liquide, de filtres et de séparateurs de gouttelettes, et au moins un ventilateur de sortie (17) évacuant les gaz lavés vers une cheminée (20), caractérisée en ce que le venturi (7) est précédé d'un couloir de refroidissement (3) dans lequel les gaz circulent longitudinalement, ledit couloir de refroidissement comprenant une zone d'entrée (3a) dans laquelle des moyens de pulvérisation d'eau (4) produisent un brouillard dans les gaz, une zone centrale (3b) dépourvue de moyens de pulvérisation, et une zone de sortie (3c) pourvue de moyens de récolte d'eau (5). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le couloir de refroidissement (3) est précédé d'un échangeur de chaleur gaz/gaz (2) qui est traversé par le circuit des gaz entre le ventilateur de sortie (17) et la cheminée (20), de sorte que les gaz entrants sont refroidis par les gaz lavés. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le venturi (7) est disposé selon une orientation descendante par rapport à l'entrée d'un premier compartiment de lavage des gaz (8a) et présente une sortie divergente au-dessus d'une surface (30) d'eau de lavage contenue dans ce compartiment. 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le couloir de refroidissement (3) est sensiblement horizontal ou incliné dans la direction de circulation des gaz et est raccordé directement au venturi (7) par un coude (6) présentant une diminution progressive de section. 5. Installation selon les revendications 2 et 4, caractérisée en ce que le couloir de refroidissement (3) est disposé au-dessus des moyens de lavage (8) des gaz, et en ce que l'échangeur de chaleur (2) est disposé en alignement avec ledit couloir (3) et au-dessus du ventilateur de sortie (17). 6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de lavage des gaz sont pourvus d'un dispositif (34-38) d'injection de chaux pulvérulente sous l'action du ventilateur haute pression (36). 7. Installation selon les revendications 3 et 6, caractérisée en ce que le dispositif d'injection de chaux comporte au moins un injecteur (38) débouchant dans ladite sortie du venturi (7). 8. Installation selon la revendication 3 ou 7, caractérisée en ce que dans le premier compartiment de lavage (8a), le circuit des gaz présente une partie montante autour de la sortie du venturi (7), de sorte que les gaz sont déviés sensiblement de 1800 sur ladite surface d'eau (30), et en ce que des pulvérisateurs d'eau de lavage (9) sont disposés dans ladite partie montante du circuit des gaz. 9. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de lavage des gaz (8) comportent, après le premier compartiment (8a), plusieurs compartiments successifs (8b-8d) séparés par des parois (28,29) pourvues de filtres (13,15) ou de séparateurs de gouttelettes (12,16), à travers lesquels passe le circuit des gaz, chacun de ces compartiments successifs ayant une partie inférieure agencée en bac de récolte de l'eau de lavage, et en ce que le bac de récolte d'au moins un des compartiments successifs (8b-8d) a un fond incliné en direction du compartiment précédent avec lequel il communique par au moins une ouverture (32,33) ménagée au bas de la paroi qui les sépare. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens de lavage des gaz comportent au moins un circuit (21,22,40,41,42,43) de pulvérisation d'eau recyclée, cette eau étant prélevée dans le bac de récolte d'un des compartiments successifs (8b8d) pour être pulvérisée dans un compartiment précédent (8a-8c).