Brevet FR2713509A1 — publié le 19950616

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement en continu de fumées chaudes contenant des poussières et provenant d'une installation thermique. La présente invention a également pour objet une installation de traitement sous basse pression d'un liquide à haute température, comportant un tel dispositif de traitement des fumées. Les installations thermiques qui peuvent être par exemple des chaudières, des fours dtincinération de résidus, des fours de calcination de produits chimiques pulvérulents, des fours de brulage de soufre ou de phosphore, ou des installations de traitement sous basse pression à haute température, par exemple de métaux fondus et notamment de l'acier, produisent des fumées chaudes composées généralement d'un mélange de gaz, parmi lesquels par exemple de la vapeur d'eau, et de poussières. Avant d'être par exemple projetées à la l'atmosphère, ces fumées chaudes sont généralement traitées dans un dispositif de traitement qui comporte plusieurs appareils dans lesquels passent successivement les fumées chaudes. Ainsi, les fumées chaudes sont successivement traitées par un appareil de traitement à sec et dépoussiérées par un appareil de traitement humide. Les fumées chaudes circulent dans les différents appareils grâce à des moyens de compression ou d'aspiration. L'appareil de traitement à sec permet également de retenir une partie des poussières contenues dans ces fumées et est constitué par exemple par un refroidisseur. En effet, le refroidissement des fumées est particulièrement important lorsque les appareils situés en aval du flux de circulation des fumées ne supportent pas des températures élevées. Ceci est le cas lorsque ces fumées sont aspirées et non pas soufflées, car elles doivent traverser aussi les moyens d'aspiration sans les détériorer thermiquement. Ce refroidissement peut également être destiné à récupérer des calories. Or, les appareils de traitement à sec qui retiennent une partie des poussières contenues dans les fumées doivent être périodiquement purgés pour éviter des risques de bouchage par les poussières sèches qui sty accumulent ou pour limiter l'encrassement des appareils situés en aval du flux des fumées, comme par exemple les appareils d'aspiration. Pour cette purge, on procède généralement à l'ouverture d'une vanne de purge ou au démontage d'un fond disposé sur les appareils de traitement à sec et, par l'orifice ainsi ouvert, à la vidange des poussières accumulées. Mais, ce procédé de purge présente de graves inconvénients. En effet, l'ouverture de la vanne de purge entraîne le rejet direct des fumées chaudes générées par l'installation thermique, par exemple à l'atmosphère, ce qui peut être incompatible avec l'environnement. De plus, si le temps d'ouverture de la vanne de purge est important, l'installation thermique peut être arrêtée pendant la durée de la purge, ce qui peut nuire à la productivité. Par ailleurs, la manutention, le conditionnement et le transport des poussières sèches vidangées présentent un risque de brulûre lié à leur température qui reste élevée et un risque pour l'environnement en cas d'envolement lors des opérations de transfert, voire de stockage. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de traitement en continu de fumées chaudes contenant des poussières qui permettent d'éviter les arrêts prolongés de l'installation thermique et les risques de brulûres ainsi que d'atteinte à l'environnement liés à la purge des poussières sèches accumulées dans l'appareil de traitement à sec du dispositif de traitement des poussières. L'invention a donc pour objet un procédé de traitement en continu de fumées chaudes contenant des poussières et provenant d'une installation thermique, procédé selon lequel - on met en circulation les fumées par des moyens d'aspiration ou de compression dans une installation de traitement, - on effectue un traitement à sec des fumées et on récupère une partie des poussières contenues dans ces fumées, - on effectue un traitement humide des fumées par projection dans lesdites fumées d'un liquide, - on récupère le liquide contenant les poussières, - on rejette à l'atmosphère les fumées dépoussiérées et refroidies, caractérisé en ce que, de manière périodique et brève, on arrête le traitement humide des fumées, on recycle en utilisant les moyens d'aspiration ou de compression, la partie des poussières récupérées et on effectue ledit traitement humide sur la partie de poussières récupérées. L'invention a également pour objet un dispositif de traitement en continu de fumées chaudes contenant des poussières et provenant d'une installation thermique, ledit dispositif comprenant des moyens de compression ou d'aspiration des fumées, au moins un appareil de traitement à sec des fumées relié par une conduite à l'installation thermique et muni d'une vanne de purge des poussières sèches récupérées dans ledit appareil de traitement à sec et au moins un appareil de traitement humide des fumées relié par une conduite audit appareil de traitement à sec, caractérisé en ce qu'il comporte une conduite de transport pneumatique des poussières sèches récupérées dans l'appareil de traitement à sec reliant ladite vanne de purge audit appareil de traitement humide. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la conduite reliant ledit appareil de traitement à sec et ledit appareil de traitement humide est pourvue d'une vanne de coupure, - les moyens d'aspiration comportent des éjecteurs à vapeur dont l'un au moins est situé en aval dudit appareil de traitement à sec et en amont dudit appareil de traitement humide sur le circuit des fumées, - ledit appareil de traitement à sec est un refroidisseur, - ledit appareil de traitement humide est un condenseur ou un laveur ou un condenseur et un laveur. L'invention a aussi pour objet une installation de traitement sous basse pression d'un liquide à haute température, comme par exemple un métal fondu, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de traitement en continu des fumées tel que mentionné cidessus. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique d'une installation thermique et d'une installation de traitement des fumées chaudes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique d'une installation thermique de traitement sous vide d'acier liquide et d'une installation de traitement des fumées chaudes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement une installation thermique 1, par exemple d'incinération de déchets, alimentée en air par un moyen de compression comme par exemple un ventilateur 2, et une installation de traitement 3 des fumées chaudes provenant de l'installation thermique 1. L'installation thermique 1 comporte, de manière classique des brûleurs, des circuits d'alimentation en carburant, des circuits d'alimentation en déchets et d'extraction des cendres, ainsi qu'une chambre de combustion, non représentés sur la Fig. 1. L'installation de traitement 3 des fumées chaudes est reliée à l'installation thermique par une conduite 4 et comporte successivement et dans le sens de circulation desdites fumées chaudes ; un appareil de traitement à sec 5, un appareil de traitement humide 6 relié audit appareil de traitement à sec 5 par une conduite 8, et une cheminée 7 reliée audit appareil de traitement humide 6 par une conduite 9. La conduite 8 reliant lesdits appareil de traitement à sec 5 et de traitement humide 6 entre eux est équipée d'une vanne de coupure 10. L'appareil de traitement à sec 5 est formé par une enceinte cylindrique 5a à double enveloppe dont l'axe est disposé verticalement et dont la partie inférieure se referme par un col 5b et un goulot 5b à fond incliné 5d. L'enceinte 5a est refroidie par circulation d'eau dans sa double enveloppe. D'autre part, l'enceinte cylindrique 5a est séparée en plusieurs parties par au moins une cloison verticale 5e disposée sensiblement en face de l'entrée de la conduite 4 dans ladite enceinte 5a et largement audessus du col 5b. L'extrémité inférieure du goulot 5c débouche sur l'entrée d'une vanne de purge 11. La sortie de cette vanne de purge 11 est reliée par une conduite de transport pneumatique 12 à une entrée secondaire 13 de l'appareil de traitement humide 6. L'appareil de traitement humide 6 est formé par une enceinte cylindrique 6a dont l'axe est disposé verticalement et dont la partie inférieure se termine par un col 6b et un goulot 6c. La partie supérieure 6d de l'enceinte cylindrique 6a supporte un dispositif d'aspersion 14 débouchant dans ladite enceinte cylindrique 6a. Ce dispositif d'aspersion d'eau 14 est connecté à des moyens d'alimentation en liquide de traitement, non représentés, Le goulot 6c débouche vers des moyens de traitement en continu des résidus liquides, non représentés, qui comportent des moyens de séparation des boues, par exemple par décantation. En se reportant à la Fig. 1, on va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif de traitement selon l'invention. Lorsque le ventilateur 2 et l'installation thermique 1 sont en fonctionnement, les fumées chaudes provenant de cette installation thermique entraînent par envolement des poussières fines d incinération dans la conduite principale 4. Toujours sous la pression exercée par le ventilateur 2, les fumées chaudes contenant les poussières fines pénètrent dans l'appareil de traitement sec 5, où elles sont, simultanément, partiellement dépoussiérées à sec et refroidies. En effet, l'enceinte 5a est refroidie par circulation d'eau dans sa double enveloppe et une proportion importante de poussières sèches est entraînée dans les fumées et se dépose au fond 5d de l'enceinte 5a. La cloison 5e renforce l'efficacité de cette double action de dépoussiérage et de refroidissement en allongeant le temps de séjour des fumées à l'intérieur de l'enceinte 5a. Les fumées ainsi refroidies et partiellement dépoussiérées pénètrent alors dans l'enceinte 6a de l'appareil de traitement humide 6 par la conduite 8 à travers la vanne de coupure 10. Dans cette enceinte 6a, les fumées sont aspergées par le dispositif 14 alimenté en liquide de traitement, par exemple de l'eau. Les fines gouttelettes d'aspersion entraînent une proportion importante de poussières encore contenues dans les fumées et dissolvent ou réagissent avec certains gaz contenus dans ces fumées. Ces gouttelettes sont ensuite collectées au fond de l'enceinte 6a dans le col 6b et le goulot 6c pour former des liquides résiduels. L'appareil de traitement humide 6 a ainsi une double action de dépoussiérage et de traitement physicochimique des fumées. Les liquides résiduels, généralement aqueux, sont ensuite traités en continu, notamment par décantation, avant d'être partiellement recyclés. Les boues de décantation, qui contiennent des poussières entraînées lors du traitement humide des fumées, sont par exemple stockées pendant plusieurs mois avant d'être évacuées sans risque particulier au niveau de la manutention et du transport. Les fumées dépoussiérées, refroidies et traitées sont ensuite entraînées vers la cheminée 7 par la conduite principale 9. Par ailleurs, les poussières 7 s'accumulent dans le fond 5d de l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5. Afin que cette accumulation dans le col 5b et le goulot 5c ne finisse par obstruer l'enceinte 5a et nuire à son efficacité, on procède à une purge de cette enceinte 5a par la fermeture de la vanne de coupure 10 et l'ouverture de la vanne de purge 11 sans arrêter le ventilateur 2. La pression s'exerce alors contre les poussières sèches accumulées dans le fond de l'enceinte 5a qui s'engouffrent dans la conduite de transporteur pneumatique 12 vers l'entrée secondaire 13 de l'enceinte 6a de l'appareil de traitement humide 6 en fonctionnement. Dans cet appareil de traitement humide 6, les poussières sèches sont alors dispersées dans les gouttelettes et les liquides résiduels qui sont généralement aqueux. Elles se retrouvent ainsi dans les boues de décantation comme les poussières normalement extraites par l'appareil de traitement humide 6. Lorsque la totalité des poussières sèches accumulées dans l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5 sont évacuées, on arrête la purge par l'ouverture de la vanne de coupure 10 et la fermeture de la vanne de purge 11. Cette opération de purge peut être renouvelée fréquemment et, de ce fait sa durée est très brève. Grâce à ce procédé, on évite totalement la manutention et le transport de poussières sèches et chaudes, ce qui est avantageux pour la sécurité et l'environnement. Comme l'opération de purge de l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5 est très brève, il n'est généralement pas nécessaire d'interrompre le fonctionnement de l'installation thermique 1 ce qui est avantageux en termes de productivité. Enfin, il n'existe aucun risque d'échappement des fumées vers l'atmosphère avant traitement, même au niveau de la vanne de purge 11 de l'appareil de traitement à sec 5, ce qui représente la meilleure garantie de protection pour l'environnement. Bien entendu l'installation thermique peut être une chaudière, un four de calcination de produits chimiques, par exemple un four rotatif, un four de brûlage d'autres produits, par exemple de soufre ou de phosphore, ou tout autre dispositif produisant des fumées chaudes. En se reportant à la Fig. 2 on va maintenant décrire un autre mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui s'applique notamment au cas où les fumées sont aspirées et non plus comprimées. Le dispositif représenté schématiquement à la Fig. 2 comporte une installation thermique 20 de traitement sous vide d'acier liquide, une installation de traitement 3 des fumées chaudes, des moyens d'aspiration formés par une pompe 21 et une cheminée 7. L'installation thermique 1 est une installation classique de traitement d'acier liquide sous vide. Cette installation thermique 1 comporte par exemple une enceinte sous vide 20a cylindrique à axe vertical, dont le fond est doté de deux plongeurs cylindriques, respectivement 22 et 23, creux et en matériaux réfractaires. Un tuyau d'injection 20b de gaz communique avec l'un des plongeurs, comme par exemple le plongeur 22. La partie haute de l'enveloppe 20a communique avec l'installation de traitement 3 des fumées chaudes par une conduite principale 4. L'installation de traitement 3 des fumées chaudes comporte successivement et dans le sens de circulation des fumées, un appareil de traitement à sec 5, un éjecteur de vapeur 24 relié à l'appareil de traitement à sec 5 par une conduite 8, un appareil de traitement humide 6 relié par une conduite 25 à l'éjecteur de vapeur 24 et également relié à la pompe 21 par une conduite 9. La conduite principale 8 est dotée d'une vanne de coupure 10. L'appareil de traitement à sec 5 est identique à celui de l'installation décrite précédemment. L'extrémité inférieure du goulot 5c de l'enceinte 5a débouche sur l'entrée d'une vanne de purge 11 et la sortie de cette vanne de purge 11 est reliée par une conduite de transport pneumatique 12 à une entrée secondaire 13 de l'enceinte 6a de l'appareil de traitement humide 6. L'éjecteur de vapeur 24 est un appareil de type classique destiné à augmenter le débit d'aspiration des fumées sur le circuit de traitement et à abaisser encore la pression en amont, en particulier dans l'en- ceinte de l'installation thermique 1. Cet éjecteur de vapeur est alimenté par des moyens de production de vapeur sous pression, non représentés. L'appareil de traitement humide 6 est identique à celui de l'installation décrite précédemment. Le dispositif 14 d'aspersion d'eau comprend ici plusieurs rampes d'aspersion. Le goulot 6c de l'enceinte 6a de l'appareil de traitement humide 6 débouche vers des moyens de traitement continu de résidus liquides, comportant des moyens de séparation de boues par exemple par décantation. Ces moyens ne sont pas représentés sur la Fig. 2. La pompe 21 est à anneau liquide et la cheminée 7 est reliée à l'orifice d'extraction de la pompe 21 par une conduite 19. L'installation de traitement représentée à la Fig. 2 fonctionne de la manière suivante. Une poche 30 contenant de l'acier liquide est amenée sous l'installation thermique 1 pour le traitement sous vide de l'acier contenu dans ladite poche 30. L'opération de traitement sous vide de l'acier liquide dure environ 30 minutes. Lorsque la pompe 21, l'éjecteur de vapeur 24 sont en fonctionnement, et que les plongeurs 22 et 23 sont partiellement immergés dans l'acier liquide, l'enceinte 20a est sous basse pression et l'acier liquide y pénètre. Cet acier est mis en circulation entre les deux plongeurs 22 et 23 par injection d'un gaz par le tuyau 20b au niveau du plongeur 22. A la surface de l'acier liquide maintenu sous basse pression dans l'enceinte 20a, se dégagent des fumées extremement chaudes, qui contiennent ledit gaz injecté par le plongeur 22, des gaz dissous et des impuretés extraites de l'acier liquide. Ces fumées contiennent également des poussières qui résultent en particulier de la condensation ou des réaction des gaz entre eux. Sous l'action des moyens d'aspiration constitués par l'éjecteur à vapeur 24 et la pompe 21, les fumées chaudes pénètrent dans l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5 où elles sont simultanément partiellement dépoussiérées à sec et refroidies. Une proportion importante de poussières sèches entraînées dans ces fumées se dépose au fond 5d de l'enceinte 5a et les fumées ainsi refroidies ne sont plus susceptibles de détériorer les appareils situés en aval sur le circuit et en particulier l'éjecteur à vapeur 24. Les fumées refroidies et partiellement dépoussiérées sont alors aspirées par l'éjecteur à vapeur 24 par la conduite principale 8 à travers la vanne de coupure 10 et elles ressortent dudit éjecteur à vapeur 24 avec de la vapeur d'eau provenant du fonctionnement normal de cet appareil. Pour maintenir la basse pression, il alors nécessaire de condenser cette vapeur. Ces fumées qui contiennent de la vapeur d'eau pénètrent ensuite dans l'enceinte 6a du moyen de traitement humide 10 par la conduite 25 où elles sont aspergées par le dispositif 14 alimenté en eau froide. Les fines gouttelettes d'aspersion entraînent une proportion importante de poussières encore contenues dans les fumées et provoquent la condensation de la vapeur d'eau contenue dans ces fumées. Les gouttelettes sont ensuite collectées au fond de l'enceinte 6a de l'appareil de traitement humide 6 dans le col 6b et le goulot 6c pour former des eaux résiduelles. Cet appareil de traitement humide 6 a donc une double action de dépoussiérage et de condensation. Les eaux résiduelles sont ensuite traitées en continue notamment par décantation et refroidies avant d'être partiellement recyclées. Les boues de décantation qui contiennent les poussières entraînées lors du traitement humide des fumées sont par exemple stockées pendant plusieurs mois avant d'être évacuées sans risque particulier au niveau de la manutention et du transport. Les fumées ainsi dépoussiérées et refroidies sont ensuite aspirées par la pompe 21 et rejetées à l'atmosphère par la cheminée 7. Par ailleurs, les poussières sèches s'accumulent au fond 5d de l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5. En effet, on a constaté par exemple que la moitié approximativement des poussières étaient retenue à ce niveau. Afin d'éviter l'entraînement des poussières dans les appareils situés en aval et notamment dans l'éjecteur à vapeur 24 où elles pourraient l'endommager, on procède à une purge de l'enceinte 5a par la fermeture de la vanne de coupure 10 et l'ouverture de la vanne de purge 11 sans arrêter la pompe 21, ni l'éjecteur à vapeur 24. Les poussières sèches accumulées dans le fond de l'enceinte 5a sont ainsi aspirées dans la conduite de transport pneumatique 12 vers l'entrée secondaire 13 de l'enceinte 6a de l'appareil de traitement humide 6 en fonctionnement. Ces poussières sèches sont alors dispersées dans les gouttelettes et les eaux résiduelles et se trouvent ainsi dans les boues de décantation comme les poussières normalement extraites par l'appareil de traitement humide 6. Lorsque la totalité des poussières sèches accumulées dans l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5 sont évacuées, on arrête la purge par l'ouverture de la vanne de coupure 10 et la fermeture de la vanne de coupure 11. Cette opération de purge est effectuée de préférence entre chaque traitement sous vide de poches d'acier liquide, alors que l'enceinte n'est plus sous basse pression. L'opération de purge a donc lieu "en temps masqué" pendant que l'installation de traitement sous vide est inopérante. Un des avantages de ce type de séquence réside dans le fait que l'aspiration des poussières est plus rapide au moment de la purge. La durée de l'opéra- tion de purge n'est alors que l'ordre de cinq secondes pour 10 à 50kg de poussières sèches à extraire. Grâce au procédé et au dispositif de traitement selon 1 invention, toutes les poussières sont rassemblées dans un seul flux, à savoir les boues de décantation des eaux résiduelles provenant de l'appareil de traitement humide 6, ce qui facilite l'exploitation et limite les coûts. De ce fait, on évite totalement la manutention et le transport de poussières sèches et chaudes ce qui est particulièrement avantageux pour la sécurité et l'environnement. Grâce à la rapidité de la purge, en procédant par exemple par simple ouverture du fond 5d de l'enceinte 5a de l'appareil de traitement à sec 5, l'opération de purge dure environ 30 minutes. Selon d'autres variantes s'inscrivant dans le cadre de l'invention, l'installation de traitement sous vide peut être destinée à traiter d'autres métaux fondus que de l'acier ou des verres fondus, ou être destinés à cristalliser des solutions et l'installation de traitement des fumées et d'aspiration peut comporter plusieurs éjecteurs à vapeur et plusieurs pompes reliées en série ou en parallèle. L'appareil de traitement à sec peut être un échangeur de chaleur, un filtre électrostatique, un appareil de cyclonage ou tout appareil où des poussières sèches peuvent s'accumuler et l'appareil de traitement humide peut être une tour de lavage, d'atomisation ou tout autre appareil de traitement de fumées délivrant des liquides résiduels entraînant une partie des poussières contenues dans ces fumées. D'autre part, plusieurs appareils, tels que des éjecteurs, peuvent se trouver entre l'enceinte de l'appareil de traitement à sec et l'enceinte de l'appareil de traitement humide sur le circuit des fumées et plusieurs appareils de traitement humide sur le circuit des fumées, de même type ou de types différents. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement en continu de fumées chaudes contenant des poussières et provenant d'une installation thermique (1), procédé selon lequel - on met en circulation les fumées par des moyens d'aspiration ou de compression dans une installation de traitement (3), - on effectue un traitement à sec des fumées et on récupère une partie des poussières contenues dans ces fumées, - on effectue un traitement humide des fumées par projection dans lesdites fumées d'un liquide, - on récupère le liquide contenant les poussières, - on rejette à l'atmosphère les fumées dépoussiérées et refroidies, caractérisé en ce que, de manière périodique et brève, on arrête le traitement humide des fumées, on recycle en utilisant les moyens d'aspiration ou de compression, la partie des poussières récupérées et on effectue ledit traitement humide sur ladite partie de poussières récupérées. 2. Dispositif de traitement en continu de fumées chaudes contenant des poussières et provenant d'une installation thermique (1), ledit dispositif comprenant des moyens de compression (2) ou d'aspiration (21) des fumées, au moins un appareil de traitement à sec (5) des fumées relié par une conduite (4) à l'installation thermique (1) et muni d'une vanne de purge (11) des poussières sèches récupérées dans ledit appareil de traitement à sec (5) et au moins un appareil de traitement humide (6) fumées relié par une conduite (8) audit appareil de traitement à sec (5), caractérisé en ce qu'il comporte une conduite (12) de transport pneumatique des poussières sèches récupérées dans l'appareil de traite ment à sec (5) reliant ladite vanne de purge (11) audit appareil de traitement humide (6). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite (8) reliant ledit appareil de traitement à sec (5) et ledit appareil de traitement humide (6) est pourvue d'une vanne de coupure (10). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration (21) comportent des éjecteurs à vapeur (24) dont l'un au moins est situé en aval dudit appareil de traitement à sec (5) et en amont dudit appareil de traitement humide (6) sur le circuit des fumées. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit appareil de traitement à sec (5) est un refroidisseur. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit appareil de traitement humide (6) est un condenseur ou un laveur ou un condenseur et un laveur. 7. Installation de traitement sous basse pression d'un liquide à haute température, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de traitement en continu des fumées selon l'une quelconque des revendications 2 à 6. 8. Installation de traitement sous basse pression, selon la revendication 7, caractérisée en ce que les liquides à haute températures est un métal fondu, notamment de l'acier.