Brevet FR2771946A1 — publié le 19990611

L'invention se rapporte à un procédé de traitement des cendres volantes entraînées par les fumées émises lors de l'incinération de déchets ménagers et/ou industriels, à un procédé d'incinération de déchets ménagers et/ou industriels comprenant un tel procédé de traitement des cendres volantes entraînées, et à un dispositif pour la mise en oeuvre de ces procédés. Lors de l'incinération de déchets, qu'ils soient ménagers (ou assimilés) ou industriels, et quel que soit le procédé d'incinération (sur grille, en lit fluidisé, ou même en thermolyse), les gaz issus de la combustion ou de la thermolyse entraînent des "cendres volantes". Ces cendres volantes sont des solides pulvérulents constitués de particules imbrûlées, de silicates et silico-aluminates de calcium, de chlorures de sodium et de potassium, d'oxydes, de sulfates et de carbonates de calcium ainsi que de métaux lourds. Ces cendres volantes sont recueillies tout au long du circuit des fumées dont elles sont séparées, en particulier, par des filtres. Ces cendres contiennent de très nombreux éléments solubles et doivent donc être stabilisées avant mise en décharge. La stabilisation a pour but de réduire la fraction soluble qui entraîne avec elle de nombreux polluants. On connaît un procédé de traitement de ces cendres volantes qui consiste à les laver de façon à dissoudre la fraction soluble, le solide résultant étant alors exempt de polluants. Mais dans ce cas, le problème n'est que déplacé et réside alors dans le traitement des liquides pollués résultant de ce lavage. On a également proposé d'enrober les cendres volantes dans des matière plastiques ou du bitume. On connaît actuellement des procédés de stabilisation des cendres volantes par des liants hydrauliques. Cependant, ces procédés nécessitent la mise en oeuvre d'un appareillage ou d'une installation spéciale non intégrée au dispositif d'incinération des déchets ménagers et/ou industriels eux-mêmes. Ils nécessitent de plus d'amener sur le site et d'utiliser des réactifs tels que le liant hydraulique, le plastique, le bitume ou autre pour réaliser leur enrobage. On connaît également une technique de vitrification de ces cendres volantes qui présente un inconvénient supplémentaire par rapport aux procédés d'enrobage ou de stabilisation décrits ci-dessus qui est un coût élevé dû à l'utilisation d'une température élevée. On a également proposé d'hydrolyser ces cendres volantes mais là encore, il faut utiliser un appareillage ou une installation spéciale non intégrée au four d'incinération des déchets. De plus, tous ces procédés présentent l'inconvénient de toujours nécessiter le stockage, dans des décharges de déchets industriels spéciaux, des cendres traitées ou stabilisées. Or, ce stockage est coûteux et les cendres ne peuvent être utilisées et donc valorisées par exemple dans des techniques routières. L'invention vise à pallier les inconvénients des procédés de l'art antérieur en proposant un procédé de traitement des cendres volantes entraînées par les fumées émises lors de l'incinération de déchets ménagers et/ou industriels en transformant ces cendres en mâchefers par clinkérisation. A cet effet, l'invention propose un procédé de traitement des cendres volantes entraînées par les fumées émises lors de l'incinération de déchets ménagers et/industriels, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - collecte desdites cendres le long du circuit et des fumées, formation d'une pulpe par un apport d'eau aux cendres, - introduction de la pulpe ainsi obtenue dans le foyer de l'incinérateur de déchets pour transformer les cendres en mâchefers par clinkérisation et hydrolyser les chlorures qu'elles contiennent, et - récupération en sortie de l'incinérateur, par un extracteur, des mâchefers ainsi formés. Selon une variante de l'invention, ledit apport d'eau est réalisé par ajout d'eau seule. Selon une autre variante de l'invention, ledit apport d'eau est effectué par ajout de boues humides constituées d'eau, de matières organiques et de matières minérales comme par exemple les boues provenant de stations d'épuration des eaux ou les liqueurs noires de papeteries. Selon une particularité du procédé de l'invention ladite pulpe a une siccité comprise entre 20 et 40 % en poids. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on réalise un mélange de ladite pulpe avec les déchets ménagers et/ou industriels avant introduction de ce mélange par le moyen normal d'introduction des déchets ménagers et/ou industriels. Selon un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, les déchets ménagers et/ou industriels sont introduits par le moyen normal d'introduction des déchets et la pulpe est introduite par un moyen d'introduction séparé situé en amont et en zone froide du foyer de l'incinérateur. Selon encore un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la pulpe et les déchets ménagers et/ou industriels sont introduits par des moyens séparés, les déchets ménagers et/ou industriels étant introduits par le moyen normal d'introduction des déchets et la pulpe étant introduite directement dans le foyer de l'incinérateur. L'invention concerne également un procédé d'incinération des déchets ménagers et/ou industriels, caractérisé en ce qu'il comprend le traitement des cendres volantes entraînées par les fumées émises lors de cette incinération par le procédé décrit ci-dessus. Elle vise également un dispositif pour la mise en oeuvre des procédés décrits ci-dessus comprenant: - un moyen d'introduction des déchets dans le foyer d'un incinérateur, - un extracteur situé en sortie basse du foyer, pour récupérer les mâchefers ainsi formés, - un moyen de séparation des cendres volantes des fumées, pour épurer ces fumées, - un moyen d'extraction et d'évacuation des fumées épurées, caractérisé en ce qu'il comprend de plus: - au moins un moyen de récupération des cendres volantes le long du circuit des fumées, relié à un malaxeur, - un moyen d'alimentation en eau relié au malaxeur, - un moyen de transport de la pulpe formée dans le malaxeur, reliant la partie basse du malaxeur, directement ou indirectement, au foyer de l'incinérateur pour amener la pulpe dans le foyer. Selon une caractéristique du dispositif de l'invention, ledit moyen de transport est relié au foyer par le moyen d'introduction débouchant dans la goulotte située sous la trémie d'introduction normale des déchets ménagers et/ou industriels. Selon une variante du dispositif de l'invention, ledit moyen de transport est relié au foyer par la trémie d'introduction normale des déchets ménagers et/ou industriels. Selon une autre variante du dispositif de l'invention, ledit moyen d'introduction est relié directement au foyer, en zone chaude. Selon une autre caractéristique du dispositif de l'invention, le moyen de transport de la pulpe est une pompe associée à un conduit. Selon encore une autre caractéristique du dispositif de l'invention, le moyen de transport de la pulpe est constitué de transporteurs mécaniques en masse, à bandes ou à godets. L'invention sera mieux comprise, et d'autres avantages et buts de celle-ci apparaîtront mieux à la lecture de la description explicative qui va suivre et qui est faite en référence à la figure unique annexée qui représente un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Tout d'abord, le procédé d'incinération des déchets ménagers et/ou industriels de l'art antérieur sera décrit en référence à la figure unique annexée. Les déchets à incinérer sont introduits par la trémie 11 et la goulotte 9 dans un foyer de combustion o ils sont incinérés. L'incinérateur utilisé dans ce procédé peut être soit un four sans récupération de chaleur, auquel cas la totalité des cendres est récupérée sous le filtre 2, soit un four-chaudière c'est-à-dire un four équipé du foyer 10 et d'un moyen de récupération de chaleur constitué par la chaudière 1, auquel cas les cendres sont récupérées d'une part sous la chaudière 1 et d'autre part sous le filtre 2. Lors de cette incinération, on obtient d'une part, des mâchefers qui sont évacués au bas du foyer 10 par un extracteur 12, et d'autre part, des gaz de combustion ou fumées dans lesquels sont entraînées les fines particules appelées cendres volantes. Ces fumées sont évacuées par le haut du foyer 10 et refroidies. Elles passent ensuite par un filtre 2 pour séparer les particules solides de la phase gazeuse et la phase gazeuse épurée dans le traitement de fumées 16 est rejetée à l'atmosphère par un ventilateur 13 et une cheminée 14. Les cendres retenues dans le filtre 2 sont récupérées sous ce filtre et sont acheminées, par exemple par des vis 3, 4, pour stockage, par exemple dans un conteneur non représenté. Les cendres volantes sont alors traitées ultérieurement dans un autre appareillage, avant stockage. En contraste à ce procédé classique, l'invention propose de traiter les cendres volantes en continu et dans la même installation que celle prévue pour le traitement des déchets eux-mêmes. A cet effet, l'invention propose de recueillir la totalité des cendres, et de les mélanger dans un malaxeur 5 avec de l'eau provenant d'un moyen d'introduction 6. Dans le malaxeur 5, on forme une pulpe qui est ensuite injectée par un moyen de transport 7, 8, dans le foyer 10. Cette réintroduction des cendres, sous forme de pulpe dans le foyer 10 peut s'effectuer soit directement dans le foyer 10 et en zone chaude, par un dispositif d'injection de boues connu en soi, soit avec les déchets à incinérer, en zone froide. Dans ce cas, la pulpe peut être soit mélangée aux déchets à incinérer avant introduction de ce mélange pulpe/déchets par la trémie 11, soit injectée par un moyen d'introduction séparé, dans la goulotte 9. Le fait d'introduire les cendres recyclées directement dans le foyer, sous forme de pulpe, évite avantageusement les entraînements immédiats de cendres par les gaz de combustion. Dans le foyer 10, et quel que soit le site d'introduction de la pulpe, une hydrolyse des chlorures de sodium et de potassium contenus dans les cendres se produit, lorsque la pulpe est portée à une température élevée d'environ 850 C, dans le foyer 10. Dans le même temps, les cendres sont clinkérisées et transformées en mâchefers. Ainsi, avec le procécé de l'invention, il n'y a plus nécessité de traiter ou de stocker les cendres volantes circulant dans l'installation d'incinération. En effet, les cendres volantes se transforment en mâchefers sous l'effet de la chaleur apportée directement par la combustion des déchets. Le procédé de traitement des cendres volantes de l'invention est donc particulièrement avantageux car il permet de transformer les cendres en mâchefers, qui sont facilement recyclables et donc valorisables. De plus, ce procédé utilise directement l'énergie thermique de l'incinérateur des déchets ménagers et/ou industriels et minimise l'énergie thermique nécessaire au traitement des cendres qui n'affecte alors que la surface des grains des cendres et non toute la masse de ces grains, et cela sans ajout de réactif. De plus, le chlore présent dans ces cendres est éliminé sous forme d'acide chlorhydrique par l'hydrolyse des chlorures alcalins et alcalino-terreux, cet acide chlorhydrique étant ensuite retenu dans le système de traitement des fumées dont l'installation d'incinération est réglementairement équipée. Ce procédé élimine également les imbrûlés de carbone sous forme de dioxyde de carbone. Ainsi la mise sous forme de pulpe des cendres volantes, outre le fait d'apporter l'eau nécessaire pour obtenir une masse de cendres facilement transportable, plus particulièrement facilement pompable, pour simplifier le processus d'injection dans l'incinérateur, permet avantageusement l'hydrolyse des chlorures contenus dans ces cendres. L'eau pour fabriquer une pulpe facilement transportable, de préférence par une pompe, et pour hydrolyser les chlorures est fournie par soit de l'eau seule soit, avantageusement, par l'eau contenue dans des boues humides provenant de station d'épuration des eaux. Dans ce dernier cas, on économise l'eau qui aurait due être utilisée pour fabriquer la pulpe. De plus, la clinkérisation des cendres et l'incinération des boues provenant des stations d'épuration des eaux sont réalisées en une seule opération. Dans le procédé de l'invention, il faut noter que de plus les métaux lourds entraînés et fixés sur les cendres sont eux-mêmes ainsi fixés dans la matrice silico-alumineuse des cendres par substitution d'atomes de calcium lors de la clinkérisation. En effet, la clinkérisation est une vitrification de surface qui permet des réactions entre les particules de silicates et de silico-aluminates de calcium et les oxydes de sodium et potassium fondus. Lors de cette opération à température élevée (800 à 1000 C) les particules s'agglomèrent, deviennent plus grosses et plus lourdes et ne sont pas entraînées par le flux des fumées: elles restent dans les mâchefers dont les caractéristiques physiques ou chimiques sont identiques. Ainsi du fait de cette clinkérisation ou vitrification de surface les métaux lourds sont fixés dans les silico-aluminates de calcium et ne sont pas solubles. Afin de mieux faire comprendre l'invention, on en décrira maintenant à titre d'exemples purement illustratifs plusieurs modes de mise en oeuvre. Exemple 1 Comme décrit en référence à la figure annexée, les déchets sont introduits par la trémie 11 et les cendres sont recueillies sous la chaudière 1 et sous le filtre 2 et sont acheminées par des vis 3 et 4 vers un malaxeur 5. Pour une 1 tonne de déchets, les cendres représentent approximativement un poids de 20 kg de matières sèches. Le malaxeur 5 est alimenté en eau par le moyen d'introduction 6. L'eau est dosée par un système volumétrique ou massique classique de façon à obtenir en sortie du malaxeur une pulpe ayant une siccité, c'est-à- dire une teneur en matières sèches, qui lui permette d'être facilement pompable par une pompe 7 connue en soi. De préférence la pompe 7 est volumétrique. Elle envoie la pulpe par le conduit 8 et le moyen d'introduction 15 situé dans la goulotte 9 dans le foyer 10. La pulpe est introduite dans le foyer 10 en même temps que les déchets et on veillera à répartir la pulpe sur toute la largeur de la goulotte 9. Arrivée dans le foyer, la pulpe est soumise aux réactions d'hydrolyse et de clinkérisation décrites ci- dessus et est intégrée aux mâchefers dont elle possède les mêmes caractéristiques physico-chimiques. Dans le cas o une partie de la pulpe est réentraînée par les fumées, parce que contenant des particules trop fines, les particules seront à nouveau arrêtées par le filtre 2 et recyclées vers le foyer 10 via le malaxeur 5 et la pulpe reformée. Ainsi, l'invention permet un traitement en continu et une élimination complète de la nécessité d'évacuer les cendres volantes. Exemple 2 De la même façon qu'à l'exemple 1, 20 kg de cendres provenant de l'incinération de 1 tonne de déchets sont recueillis sous la chaudière 1 et sous le filtre 2 et sont acheminés par les vis 3 et 4 vers le malaxeur 5. A la différence de l'exemple 1, le malaxeur 5 est alimenté, par le moyen d'introduction 6, en boues humides provenant de stations d'épuration des eaux. Dans ce cas, on utilise 150 kg de boues à 20 % en poids de matières sèches, ce qui donne une pulpe ayant une siccité de 30 % qui est encore facilement transportable, par exemple par pompage. Cependant, on utilise ici un moyen de transport mécanique constitué d'une suite de convoyeurs en masse ou à bandes et d'un élévateur à godets. La pulpe est mélangée aux déchets à incinérer avant introduction de ce mélange par la trémie 11. Le mélange pulpe/déchets à incinérer est alors envoyé dans le foyer 10 o les cendres volantes subissent les réactions d'hydrolyse et de clinkérisation décrites ci- dessus et sont intégrées aux mâchefers résultant de l'incinération des déchets eux-mêmes. Comme à l'exemple 1, les cendres clinkérisées possèdent alors les mêmes caractéristiques physico- chimiques que les mâchefers. Exemple 3 On procède comme à l'exemple 1, sauf que la pulpe est directement introduite dans le foyer 10. Là encore, la pulpe sera hydrolysée et clinkérisée et intégrée au mâchefer comme aux exemples 1 et 2. Comme on peut le voir de ce qui précède, alors que dans les procédés de l'art antérieur, les cendres sont considérées comme des déchets spéciaux et évacuées, après stabilisation coûteuse, en décharges de déchets industriels spéciaux, grâce à l'invention, ces cendres sont débarrassées du chlore qu'elles contiennent et elles sont stabilisées thermiquement par clinkérisation et transformées en mâchefers valorisables. Le procédé et le dispositif de traitement des cendres volantes entraînées par les fumées issues de l'incinération de déchets ménagers et/ou industriels selon l'invention et tels que décrits ci-dessus, peuvent bien entendu être intégrés dans un procédé et un dispositif, respectivement, d'incinération des déchets industriels et/ou ménagers de l'art antérieur. Par conséquent, l'invention englobe également tous les procédés d'incinération de déchets ménagers et/ou l1 industriels qui comportent l'étape de traitement des cendres entraînées par les fumées issues de l'incinération des déchets ménagers et/ou industriels et qui consiste à récolter ces cendres, à les transformer en pulpe aqueuse et à les recycler, dans l'incinérateur des déchets, pour les clinkériser et les intégrer aux mâchefers produits dans cet incinérateur. De la même façon, tout dispositif d'incinération des déchets ménagers et/ou industriels qui comporte le dispositif de traitement des cendres entraînées par les fumées issues de l'incinération de déchets ménagers et/ou industriels et qui comporte un moyen de transformation, de récupération et de transformation des cendres en pulpe aqueuse et un moyen d'injection et de recyclage de cette pulpe aqueuse dans l'incinérateur est englobé par l'invention. Le procédé et le dispositif de l'invention, ne sont pas limités aux moyens d'injection, de transport de pulpe, d'obtention de pulpe et de recyclage de cette pulpe dans le foyer décrits et illustrés ici, tant que ces moyens servent à recycler les cendres entraînées dans les gaz issus de l'incinération de déchets ménagers et/ou industriels, sous forme de pulpe aqueuse, dans l'incinérateur lui-même. C'est dire que l'invention n'est nullement limitée aux moyens décrits et illustrés. Au contraire, elle comprend tous les équivalents et variantes techniques de ces moyens si ceux-ci sont mis en oeuvre suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des cendres volantes entraînées par les fumées émises lors de l'incinération de déchets ménagers et/industriels, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - collecte desdites cendres le long du circuit des fumées, - formation d'une pulpe par apport d'eau à ces cendres, - introduction de la pulpe ainsi obtenue dans le foyer (10) de l'incinérateur (1) de déchets, pour transformer les cendres en mâchefers par clinkérisation et hydrolyser les chlorures qu'elles contiennent, et - récupération en sortie de l'incinérateur (1) par l'extracteur (12) des mâchefers ainsi formés. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit apport d'eau est réalisé par ajout d'eau seule. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit apport d'eau est effectué par ajout de boues humides constituées d'eau, de matières organiques et de matières minérales comme par exemple les boues provenant de stations d'épuration des eaux ou les liqueurs noires de papeteries. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pulpe a une siccité comprise entre 20 et 40 % en poids. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise un mélange de ladite pulpe avec les déchets ménagers et industriels avant introduction de ce mélange, par le moyen d'introduction (11) des déchets industriels et/ou ménagers. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits déchets ménagers et/ou industriels sont introduits par le moyen normal d'introduction (11) et en ce que ladite pulpe est introduite par un moyen d'introduction séparé (15) situé en amont et en zone froide du foyer (10). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ladite pulpe et lesdits déchets ménagers et/ou industriels sont introduits par des moyens d'introduction séparés, les déchets ménagers et/ou industriels étant introduits par le moyen normal d'introduction (11) et la pulpe étant introduite directement dans le foyer (10) de l'incinérateur (1). 8. Procédé d'incinération des déchets ménagers et/ou industriels, caractérisé en ce qu'il comprend le traitement des cendres volantes entraînées par les fumées émises lors de cette incinération par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant: - un moyen d'introduction (11) des déchets dans le foyer (10) d'un incinérateur (1), - un extracteur (12) situé en sortie basse du foyer (10), pour récupérer les mâchefers ainsi formés, - un moyen de séparation (2) des cendres volantes des fumées, pour épurer ces fumées, - un moyen d'extraction (13) et d'évacuation (14) des fumées épurées et, caractérisé en ce qu'il comprend de plus: - au moins un moyen de récupération (3, 4) des cendres volantes le long du circuit des fumées relié à un malaxeur (5), - un moyen d'alimentation en solution aqueuse (6) relié au malaxeur (5), - un moyen de transport (7, 8) de la pulpe formée dans le malaxeur (5), reliant la partie basse du malaxeur (5), directement ou indirectement, au foyer (10) de l'incinérateur (1) pour amener la pulpe dans le foyer (10). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de transport (7, 8) est relié au foyer (10) par le moyen d'introduction (15) débouchant dans la goulotte (9) située sous la trémie (11) d'introduction normale des déchets ménagers et/ou industriels. 11. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le moyen de transport (7, 8) est relié au foyer (10) par la trémie (11) d'introduction normale des déchets ménagers et/ou industriels. 12. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de transport (7, 8) est relié directement au foyer (10) en zone chaude. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le moyen de transport (7, 8) est une pompe (7) associée à un conduit (8). 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que le moyen de transport (7, 8) est constitué de transporteurs mécaniques en masse, à bandes ou à godets.