Brevet FR2710967A1 — publié le 19950414

PROCEDE ET UNITE DE TRAITEMENT PAR CALCINATION DE DECHETS DANGEREUX La présente invention concerne le domaine technique du traitement par calcination des déchets présentant un caractère dangereux. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour l'incinération de déchets relevant, par exemple, du secteur industriel ou ménager présentant un caractère dangereux et des domaines nucléaire ou hospitalier. L'incinération des déchets dangereux doit être réalisée en respectant diverses réglementations destinées à préserver l'environnement. Afin de satisfaire les exigences imposées, les procédés d'incinération de tels déchets nécessitent la mise en oeuvre d'installations de plus en plus complexes. D'une manière classique, une installation d'incinération pour des déchets dangereux, comporte un système de préparation des déchets, destiné à alimenter un four de calcination. Les fumées sortant du four sont acheminés vers un système de postcombustion dont la chaleur est apportée généralement par la combustion d'un combustible fossile. L'installation d'incinération comporte, également, un système de traitement des fumées, afin de récupérer, notamment, les composés soufrés et chlorés, un système de dépoussiérage et un système de refroidissement des cendres. L'état de la technique a décrit, notamment par le brevet US-A-4 755 138, en particulier un four de calcination de produits toxiques ou dangereux comprenant une enceinte de confinement pour un lit fluidisé formé d'un mélange des déchets et de grains caloporteurs. Le four de calcination est équipé d'un circuit de fourniture d'un fluide sous pression débouchant dans le fond de l'enceinte, de manière que le lit se trouve fluidisé. Un tel lit comporte, à sa partie basse, des moyens d'apport des déchets et, à sa partie supérieure, des moyens d'extraction connus en soi. Le lit fluidisé est maintenu à une température donnée de combustion par l'intermédiaire de moyens de chauffage. Une installation de calcination présente un coût relativement élevé en raison du prix que représente la réalisation, notamment, du four, du système de postcombustion et du système de traitement des fumées. Il s'avère, en particulier, que le système de postcombustion nécessite la mise en oeuvre d'une unité d'un grand volume, en raison, d'une part, de la difficulté à maîtriser les quantités des fumées à calciner et, d'autre part, de la création de fumées supplémentaires provenant du combustible fossile. Les installations de calcination connues à ce jour ne permettent pas d'envisager la réalisation d'unités d'incinération présentant une capacité de traitement relativement faible et une rentabilité satisfaisante. Or, il est clair qu'il apparaît le besoin de disposer de telles installations, de manière à pouvoir traiter des déchets sur un site proche de leur lieu de production, afin d'éviter les risques pris au cours de leur transport. La présente invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant un procédé de traitement par calcination de déchets dangereux permettant d'offrir la possibilité de constituer une unité d'incinération présentant une capacité de traitement relativement faible, tout en conservant une rentabilité satisfaisante. La présente invention vise donc à proposer un procédé permettant de concevoir, par exemple, des installations de traitement rentables offrant une capacité, par exemple de l'ordre de 200 à 500 Kg/heure et respectant les diverses dispositions réglementaires relatives à l'incinération de déchets dangereux. Pour atteindre ces objectifs, le procédé de traitement par calcination de déchets dangereux consiste à - à créer dans l'enceinte de confinement d'un four, un lit fluidisé formé d'un mélange des déchets et de matériaux inertes, à la base duquel est injecté un fluide sous pression, - à chauffer le lit fluidisé à une température de combustion pour assurer la calcination des produits chimiques du mélange fluidisé, - à alimenter le lit fluidisé, à sa partie basse, à l'aide des déchets, - et à extraire, à partir du niveau supérieur du lit fluidisé une partie du lit fluidisé. Selon l'invention, le procédé consiste - à constituer dans l'enceinte de confinement du four, au dessus du niveau supérieur du lit fluidisé, une chambre de postcombustion pour les fumées de combustion issues du lit fluidisé, - à chauffer la chambre de postcombustion à une température de postcombustion différente de celle de combustion, pour assurer la combustion des fumées, - et à alimenter la chambre de postcombustion à l'aide d'un comburant pour les fumées. L'objet de l'invention vise, également, à proposer une unité de traitement par calcination de déchets dangereux du type comprenant - un four de calcination délimitant une enceinte de confinement pour un lit fluidisé formé d'un mélange des déchets et de matériaux inertes, - un circuit de fourniture d'un fluide sous pression débouchant dans le fond de l'enceinte pour assurer au moins la fluidisation du lit, - des moyens de chauffage du lit fluidisé à une température donnée de combustion, - des moyens d'apport des déchets, débouchant sensiblement à la partie basse de l'enceinte, - et des moyens d'extraction d'une partie du lit fluidisé, à partir du niveau supérieur dudit lit. Selon l'invention, l'unité de traitement comporte - une enceinte de confinement délimitant au dessus du niveau supérieur du lit fluidisé, une chambre de postcombustion pour les fumées de combustion issues dudit lit, - des moyens de chauffage de la chambre de postcombustion, distincts des moyens de chauffage du lit fluidisé, pour permettre de chauffer la chambre de postcombustion à une température différente de celle de combustion et adaptée pour assurer la combustion des fumées, - et des moyens de fourniture d'un comburant à la chambre de postcombustion. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La Fig. 1 est une vue générale schématique en élévation d'une unité d'incinération conforme à l'invention. La Fig. 2 est une vue schématique montrant une variante préférée de réalisation de l'unité de traitement selon l'invention. La Fig. 1 montre une unité de traitement par calcination de déchets dangereux comprenant un four de calcination 1 délimitant une enceinte 2 de confinement d'un mélange 3 incluant, notamment, des déchets à calciner. D'une manière classique, le four 1 comporte une enveloppe isolante 4 constituée de manière appropriée pour former une barrière limitant la propagation des calories depuis l'intérieur du four vers le milieu environnant. A l'intérieur de l'enveloppe isolante 4 est montée une cuve 5 comportant un fond 6 et un double fond 7 définissant entre-eux un collecteur d'admission et de répartition de pression. Le double fond 7 est pourvu de buses de fluidisation 8 s'ouvrant à l'intérieur de la cuve 5 et communiquant avec un circuit 9 adapté pour fournir un fluide gazeux sous pression qui permet une fluidisation du mélange 3. Avantageusement, le fluide gazeux est choisi pour son caractère comburant pour les déchets et, par exemple, un tel fluide peut être simplement de l'air comprimé. Le circuit 9 est pourvu d'un système 10 de réchauffage de l'air de fluidisation, placé en aval d'un dispositif de surpression 11. La cuve 5 est pourvue de moyens 12 d'approvisionnement ou d'alimentation en déchets à calciner. De tels moyens 12 peuvent consister en une gaine contenant une vis sans fin débouchant à la partie basse de la cuve 5, sensiblement au niveau du double fond 7. Les moyens d'approvisionnement 12 sont alimentés en déchets par une installation 13 de préparation des déchets à calciner. L'installation vise à assurer des opérations de broyage, de tamisage et/ou de mixage des déchets avec des matériaux inertes, tels que, de préférence, du sable, afin de conférer au mélange les propriétés d'une poudre fluidisable. Une telle poudre est destinée à être incorporée à des matériaux inertes à caractère fluidisable, préalablement placés à l'intérieur de la cuve formant ensemble le mélange 3 à fluidiser. Ces matériaux inertes constituent des éléments caloporteurs et permettent d'assurer aussi une filtration pour les déchets solides non combustibles. La cuve S est équipée, également, de moyens 14 assurant une extraction du mélange 3 incluant les déchets solides non combustibles. Les moyens d'extraction 14 sont placés à un niveau donné de la cuve pour conserver une hauteur constante au mélange 3. Les moyens d'extraction 14 sont constitués par une vis d'extraction sans fin ou font intervenir, comme illustré, un simple écoulement gravitaire à partir d'un déversoir de niveau prédéterminé communiquant avec un dispositif 15 de refroidissement et de stockage des déchets solides non combustibles. Avantageusement, les déchets solides récupérés peuvent être utilisés en tout ou partie par l'installation 13 de préparation des déchets. L'unité de calcination comporte, par ailleurs, des moyens de chauffage 16 qui sont constitués par des moyens statiques à même d'assurer le chauffage du mélange 3. De tels moyens sont, de préférence, constitués par des résistances électriques disposées entre la cuve 5 et l'enveloppe isolante 4 en étant réparties sur toute la périphérie de la cuve pour couvrir la hauteur correspondant à celle de charge du mélange 3. Les moyens de chauffage 16 sont commandés par un circuit 17 d'asservissement, de régulation ou de pilotage, contrôlant l'alimentation des résistances en fonction de la température interne du mélange 3 détectée par tous moyens appropriés. Selon l'invention, la cuve 5 délimite, au dessus du niveau supérieur 3, du mélange 3, une chambre 18 de postcombustion pour les fumées de combustion issues du mélange 3. La chambre de postcombustion 18 est aménagée de manière à assurer aux fumées un temps de séjour déterminé dans ladite chambre pour obtenir leur combustion. Selon l'invention, l'unité de calcination comporte des moyens 20 de chauffage de la chambre de postcombustion 18, distincts des moyens de chauffage 16, de manière à maintenir la chambre 18 à une température différente de celle de combustion du mélange 3. Les moyens de chauffage 20 sont constitués par des moyens statiques, tels que des résistances électriques, disposés entre l'enveloppe isolante 4 et la cuve 5, en étant répartis sur toute la périphérique de la cuve pour couvrir la hauteur de la chambre de postcombustion 18 s'étendant sensiblement audessus du niveau 3, du mélange 3 jusqu'à un couvercle 21 de fermeture de la cuve 5. Les moyens de chauffage 20 pourraient aussi consister en des cannes ou des serpentins montés à l'intérieur de la cuve 5 pour y apporter des calories fournies par des résistances électriques ou des fluides caloriporteurs. Les moyens de chauffage 20 sont reliés à un circuit 23 d'asservissement, de régulation ou de pilotage, contrôlant l'alimentation des moyens de chauffage 20 en fonction de la température interne de la chambre de postcombustion 18, détectée par tous moyens appropriés, tels que des capteurs de température 24 montés sur la paroi interne de la cuve 5. Selon l'invention, l'unité de calcination comporte également des moyens 27 de fourniture d'un comburant à la chambre de postcombustion 18. Dans l'exemple illustré à la Fig. 1, les moyens 27 de fourniture d'un comburant sont constitués par une canne d'amenée 28, montée à l'intérieur de la cuve 5 et alimentée par un circuit 29 de fourniture du comburant qui est réchauffé au préalable par un système 30. Avantageusement, le comburant est simplement de l'air comprimé, de sorte que le circuit de fourniture 29 et le circuit de fluidisation 8 constituent un unique circuit de fourniture de l'air monté en pression par le surpresseur 11. Dans l'exemple illustré, la canne d'amenée 28 traverse le couvercle 21 de la cuve et s'étend verticalement à l'intérieur de la cuve et comporte, à son extrémité, une buse d'injection 30. La buse 30 est aménagée pour permettre l'apport du comburant à la partie basse de la chambre de postcombustion 18 et/ou à la partie haute du mélange 3, comme cela ressort clairement de la Fig. 1. A partir du couvercle 21, s'élève une cheminée 31 raccordée à un circuit d'évacuation des fumées comportant un système 32 de refroidissement des fumées et un dispositif 33 de traitement des fumées de tous types connus assurant, par exemple, une filtration, un lavage et une désulfuration. L'unité de traitement décrite ci-dessus comporte un four 1 d'axe général vertical permettant le maintien d'une hauteur de charge importante de mélange 3 contenant des déchets apportés de façon continue ou non à la base de la cuve 5. Les moyens d'extraction 14 sont prévus au niveau supérieur du mélange 3, de manière à disposer d'une hauteur de charge importante et connue et d'imposer, à chaque déchet, un temps de séjour bien précis en l'obligeant à progresser, de façon ascendante, à l'intérieur du mélange 3 constitué sous la forme d'un lit fluidisé par l'injection de fluide par l'intermédiaire des buses 8. Ainsi, le mélange 3 est constitué sous le forme d'un lit fluidisé selon des conditions particulièrement précises, puisqu'elles dépendent uniquement des paramètres de fourniture du fluide comburant issu du circuit 9. I1 est ainsi possible d'obtenir un lit fluidisé selon des conditions constantes qui garantissent un cheminement ascendant bien connu et un temps de séjour constant de tous les déchets depuis leur niveau bas d'injection, jusqu'à l'atteinte du niveau supérieur de reprise. De telles conditions de cheminement certain, combiné à un maintien de température précis par les moyens 16, permet de faire intervenir une calcination des déchets. A titre d'exemple, les déchets sont calcinés à une température constante comprise entre 600"C et 950"C, à l'intérieur du lit fluidisé 3, avec un temps de séjour supérieur à une heure. A titre d'exemple, l'enceinte 2 présente un diamètre compris entre 0,5 et 2 mètres et une hauteur appropriée pour obtenir le temps de séjour souhaité. I1 est à noter que le temps de séjour des déchets dans le lit fluidisé peut être accru en augmentant la hauteur du lit 3 par la fermeture par un registre 141 de la sortie d'évacuation. Les fumées générées lors de la combustion restent à l'intérieur de la masse fluidisée 3, à la température de combustion pendant un temps déterminé qui peut être, par exemple, de l'ordre de 10 secondes. A titre d'exemple, la hauteur fluidisée est comprise entre 0,5 et 2,5 mètres. Les fumées parviennent ensuite dans la chambre de postcombustion 18. Les fumées se trouvent ainsi mélangés au comburant délivré par le circuit 27. Après leur mélange avec le comburant, les fumées sont soumises, pendant un temps déterminé, par exemple de l'ordre de 2 secondes, à la température de postcombustion imposée par les moyens de chauffage 20. A titre d'exemple, la température de postcombustion est comprise entre 850 et 1 200"C. Les fumées sont ensuite extraites de la cuve 5 pour se refroidir dans l'échangeur-récupérateur de chaleur 32 avant de traverser le dispositif de traitement de fumées 33 qui rejette dans l'atmosphère le fluide gazeux. L'objet de l'invention permet de réduire le coût d'une unité d'incinération en raison de la réduction du débit des fumées rejetées dans l'atmosphère. Une telle réduction est due à l'utilisation, pour le four et la postcombustion, de moyens de chauffage statiques, de préférence électriques, permettant de contenir le débit des fumées à celles correspondant à la combustion des déchets. L'objet de l'invention vise, également, à s'affranchir de la mise en oeuvre d'un four de calcination et d'un système séparé de postcombustion des fumées. En effet, l'unité de calcination comporte une enceinte unique de traitement où sont réalisées les opération d'incinération des déchets en partie inférieure et de postcombustion des fumées en partie supérieure. L'objet de l'invention vise à faire fonctionner les deux parties de l'enceinte à deux températures distinctes, à l'aide de deux moyens de chauffage 16 et 20 régulés séparément, respectivement en fonction de la température du mélange et en fonction de la température de la paroi supérieure de l'enceinte formant la chambre de postcombustion 18. Ainsi, L'unité de traitement selon l'invention associée à un système de traitement de gaz qui voit circuler un débit dix fois inférieur au débit d'une installation d'incinération traditionnelle, doivent permettre de concevoir des installations de traitement rentables d'une capacité de 200 à 500 Kg/heure et répondant parfaitement aux dispositions réglementaires les plus contraignantes sur l'incinération de déchets dangereux. La Fig. 2 illustre une autre variante de réalisation de l'invention dans laquelle la canne d'amenée 28 traverse le fond 6 et le double fond 7 de la cuve 5 pour s'étendre verticalement à l'intérieur du lit fluidisé 3. La canne d'amenée 28, qui traverse le lit fluidisé 3, permet d'obtenir le réchauffement du comburant circulant à l'intérieur de la canne, par l'intermédiaire de la chaleur disponible à l'intérieur du lit fluidisé 3. Selon cette variante, la canne 28 assure l'amenée du comburant dans la partie basse de la chambre de combustion 18 et/ou dans la partie supérieure du lit fluidisé 3. I1 est à noter que la chambre de postcombustion 18 peut être alimentée, uniquement ou en combinaison avec la canne d'amenée 28, à l'aide d'un comburant correspondant à un surplus du fluide qui assure la fluidisation du lit 3. Dans les exemples illustrés, l'enceinte de confinement est constituée d'une virole circulaire d'un diamètre unique sur toute sa hauteur. Cependant, lorsque la quantité de gaz à oxyder est particulièrement importante, la partie supérieure de l'enceinte peut avantageusement être constituée d'une virole de diamètre supérieur à celle de la partie inférieure, afin de diminuer la hauteur totale de l'incinérateur, et d'éviter des envois importants des solides fluidisés à la partie inférieure. Dans ce cas, les deux parties sont reliées, par exemple, par une partie tronconique. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de traitement par calcination de déchets dangereux, du type consistant - à créer dans l'enceinte (2) de confinement d'un four (1), un lit fluidisé (3) formé d'un mélange des déchets et de matériaux inertes, à la base duquel est injecté un fluide sous pression, - à chauffer le lit fluidisé à une température de combustion pour assurer la calcination des produits chimiques du mélange fluidisé, - à alimenter le lit fluidisé, à sa partie basse, à l'aide des déchets, - et à extraire, à partir du niveau supérieur du lit fluidisé une partie du lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il consiste - à constituer dans l'enceinte (2) de confinement du four, au dessus du niveau supérieur (3,) du lit fluidisé (3), une chambre de postcombustion pour les fumées de combustion issues du lit fluidisé (3), - à chauffer la chambre de postcombustion (18) à une température de postcombustion différente de celle de combustion pour assurer la combustion des fumées, - et à alimenter la chambre de postcombustion à l'aide d'un comburant pour les fumées. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter la chambre de postcombustion (18) à l'aide d'un comburant correspondant à un surplus du fluide qui assure la fluidisation du lit. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter en comburant la chambre de postcombustion (18) à sa partie basse. 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter en comburant la chambre de postcombustion (18), en l'injectant à la partie haute du lit fluidisé (3). 5 - Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste à alimenter en comburant la chambre de postcombustion (18) à l'aide d'une canne d'amenée (28) traversant le lit fluidisé (3). 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser dans l'enceinte de confinement (2), la chambre de postcombustion (18), de manière à assurer aux fumées un temps de séjour déterminé dans ladite chambre pour obtenir leur combustion. 7 - Unité de traitement par calcination de déchets dangereux du type comprenant - un four de calcination (1) délimitant une enceinte de confinement (2) pour un lit fluidisé (3) formé d'un mélange des déchets et de matériaux inertes, - un circuit (9) de fourniture d'un fluide sous pression débouchant dans le fond de l'enceinte (2) pour assurer au moins la fluidisation du lit, - des moyens (16) de chauffage du lit fluidisé à une température donnée de combustion, - des moyens (12) d'apport des déchets, débouchant sensiblement à la partie basse de l'enceinte, - et des moyens (14) d'extraction d'une partie du lit fluidisé, à partir du niveau supérieur dudit lit. caractérisée en ce qu'elle comporte - une enceinte de confinement (2) délimitant au dessus du niveau supérieur (3,) du lit fluidisé (3), une chambre de postcombustion (18) pour les fumées de combustion issues dudit lit, - des moyens (20) de chauffage de la chambre de postcombustion, distincts des moyens de chauffage (16) du lit fluidisé, pour permettre de chauffer la chambre de postcombustion à une température différente de celle de combustion et adaptée pour assurer la combustion des fumées, - et des moyens (27) de fourniture d'un comburant à la chambre de postcombustion. 8 - Unité de traitement selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de fourniture d'un comburant (27) sont constitués par une canne d'amenée (28) montée à l'intérieur de l'enceinte de confinement (2) et alimentée par un circuit (29) de fourniture d'un comburant. 9 - Unité de traitement selon la revendication 8, caractérisée en ce que la canne d'amenée (28) du comburant est montée pour s'étendre à partir du fond (6, 7) de l'enceinte et traverser le lit fluidisé (3), afin d'apporter le comburant à la partie basse de la chambre de postcombustion et/ou au niveau de la partie haute du lit fluidisé (3). 10 - Unité de traitement selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que le circuit de fourniture d'un comburant (29) et le circuit de fourniture d'un fluide sous pression (9) forment un unique circuit d'alimentation. 11 - Unité de traitement selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (20) de chauffage de la chambre de postcombustion sont pilotés par un circuit de régulation (23) assurant le maintien de la paroi de la chambre de postcombustion à la température de postcombustion souhaitée. 12 - Unité de traitement selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'enceinte de confinement (2) possède, pour la partie définissant la chambre de postcombustion (18), un diamètre supérieur à la partie définissant le lit fluidisé (3). 13 - Unité de traitement selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (12) d'apport des déchets sont alimentés par un système (13) de traitement des déchets. 14 - Unité de traitement selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (20) de chauffage de la chambre de postcombustion sont du type statique, notamment électrique.