Brevet FR2738169A1 — publié le 19970307

La présente invention concerne un procédé thermique soumettant les cendres volantes des Centrales Thermiques au Charbon à un rayonnement infra rouge approprié permettant l'élimination par combustion rapide des imbrûlés qu'elles contiennent. La présente innovation consiste également à utiliser 1' apport calorifique de la combustion des imbrûlés pour le séchage des cendres humides. Une partie de l'énergie électrique est fournie, dans le Monde entier, par la combustion du charbon dans les chaudières des Centrales Thermiques. Cette combustion du charbon entraîne des wfuméesw et des particules fines qui sont captées dans les cheminées par des dépoussièreurs électrostatiques de plus en plus performants pour des problèmes d'environnement. Ces fumées et particules fines sont appelées cendres volantes. La grande majorité de ces cendres volantes provenant de cette combustion du charbon ont un caractère pouzzolanique et sont appelées cendres silico-alumineuses. Ces cendres contiennent, essentiellement, de la silice, de l'alumine mais aussi du fer, des alcalino-terreux et des alcalins. La composition chimique élémentaire de ces cendres varie selon l'origine du charbon et la marche de la centrale mais est comprise dans les fourchettes suivantes: Silo2 43 à 54% A1203 22 à 32% Fe203 + TiO2 4 à 15% CaO 1 à 8% MgO 1 à 3% K2O 2 à 5% Na2O 0,5à 1% so3 O,2à 2% Les cendres volantes de charbon ont fait l'objet, dans le Monde Entier et depuis des décennies d'études nombreuses, en vue de leur réutilisation valorisante dans les Travaux Publics, l'Agriculture et l'industrie. Les principaux utilisateurs, actuellement, sont: - Les Cimentiers, - Les Rétonniers et Préfabricants, - Les Routiers Les Centrales Thermiques fonctionnent au maximum de leur puissance pendant les périodes hivernales et les utilisations sont, au contraire, maximales pendant les périodes non hivernales: domaine de l'industrie cimentière, des Bétons hydrauliques et des Travaux routiers. Pour ces raisons, il s'est créé et se créent des terrils ou des stocks de cendres humidifiées non utilisées ou non utilisables. Ainsi, actuellement, dans le Monde, il existe des centaines de Millions de tonnes de cendres stockées humides à l'air libre non réutilisées pour deux raisons essentielles: 1) La présence d'imbrûlés dans les cendres est un défaut majeur de leur non réutilisation. La proportion des imbrûlés dans les cendres peut varier de 2 à 11%, mais peut dépasser ce chiffre. La présence d'imbrûlés provient d'une combustion incomplète du charbon due à de nombreux facteurs (nature du charbon, finesse du charbon broyé, combustion dans la chaudière, etc...). La présence de ces imbrûlés constitués en grande partie par du carbone, est un élément de rejet des cendres lorsque le pourcentage dépasse un certain taux. Ainsi la nouvelle normalisation pour l'incorporation des cendres volantes de charbon dans les Ciments prévoit un taux d'imbrûlés inférieur à 5% et dans les bétons un taux inférieur à 7% (Norme NF P 18-305 et Norme EN 450). La présente innovation concerne l'élimination de ces imbrûlés par rayonnement infra rouge industriel provoquant l'incandescence rapide de ces imbrûlés et leur combustion. Le rayonnement infra rouge est un rayonnement électromagnétique dont le spectre varie de 0,76mu à lolint dans les applications industrielles. Le rayonnement infra rouge sera étudié afin que l'absorption par les cendres soit maximum et transforme cette énergie absorbée en chaleur. Le dispositif comportant l'émission des infra rouge audessus des cendres sera prévu en fonction de la courbe d'absorption de celles-ci. Afin d'obtenir un bon rendement et une bonne pénétration des infra rouge les cendres devront être remuées par tout dispositif mécanique afin qu'il soit impossible que des parties de cendres ne subissent pas le rayonnement infrarouge qui se comporte comme la lumière sur la surface des cendres volantes. La sélection du générateur infra rouge dépendra de plusieurs facteurs liés à la cendre volante elle-même (taux d'imbrûlés, teneur en eau dans le cas des cendres humides, composition physico chimique de la cendre, etc..). Les générateurs d'infra rouge qui conviennent ont des températures de 750 à 2 000 0C. et des longueurs d'ondes de 1,2 à 3,5 Mm. La puissance installée correspond au maximum de 10 à 300 KW/m2. La température maximale des produits à chauffer peut varier de 300 à 600"C. On pourra, par exemple, pour les cendres volantes utiliser avantageusement - sans que ce soit une obligation le rayonnement par infra rouge court de 1,2 microns sous tension nominale et d'une puissance de 3 à 9KW. Ainsi une cendre volante comportant 17,85% d'imbrûlés soumise pendant 10 minutes à un tel rayonnement n'avait plus que 0,80% d'imbrûlés. 2) Une deuxième particularité de la présente invention tient à l'apport calorifique dû à la combustion des imbrûlés grâce au rayonnement infra rouge dans le cas des cendres humides. Le pouvoir calorifique de ces imbrûlés permet de réaliser un séchage rapide et très économique par l'apport calorifique de la combustion des imbrûlés qui sont constitués de carbone essentiellement. Ainsi, 10% d'imbrûlés dans une cendre volante apporte une énergie calorifique de 3 600 KW par tonne de cendres et 5% d'imbrûlés 1800 KW. ce qui est remarquable pour le séchage des cendres humides. Ainsi, grâce à la combustion des imbrûlés par infra rouge, ce qui représente déjà une innovation, on divise par 3 ou 4 l'énergie calorifique nécessaire dans un séchage traditionnel où l'on chauffe les cendres par air ou tout autre moyen mais sans profiter du pouvoir calorifique des imbrûlés produit par leur combustion, élément de la présente invention. Pour l'application industrielle de ce procédé, il sera nécessaire de prévoir un dispositif permettant un étalement ou un brassage des cendres volantes afin que cellesci soient soumises dans leur intégralité au rayonnement infra rouge. En effet, comme il a déjà été indiqué, le rayonnement infra rouge n'a pas une grande pénétration et l'absorption du rayonnement par la cendre est essentielle. On pourra prévoir, par exemple, un brassage des cendres par des pales fixées le long d'un axe parallèle à une gouttière dans laquelle chemineront les cendres. On pourra aussi prévoir des plateaux successifs soumis à une vibration mettant en mouvement la cendre. REVENDICATION S * 1) Procédé de traitement thermique des Cendres volantes sèches ou humides des Centrales Thermiques au Charbon consistant à les soumettre à un rayonnement d'énergie infra rouge ayant pour but d'éliminer les imbrûlés en provoquant leur combustion rapide. 2) Procédé selon la revendication 1 permettant le séchage rapide des cendres humides en utilisant le pouvoir calorifique de la combustion des imbrûlés. 3) Procédé selon les revendications 1 et 2 prévoyant tout dispositif de malaxage et de mise en mouvement des cendres soumises au rayonnement infra rouge. La sélection des générateurs d'infra rouge sera déterminée selon divers facteurs bien connus mais, les cendres doivent être "étalées1 le plus possible pour subir le rayonnement infra rouge.