Brevet FR2772889A1 — publié le 19990625

La présente invention a pour objet un procédé d'incinération. Ledit procédé d'incinération comprend deux étapes successives de combustion et de post-combustion ; ladite étape de post-combustion étant mise en oeuvre dans une chambre dite de post-combustion. renfermant un garnissage notamment destiné à piéger les poussières entraînées dans les fumées de combustion. La chambre de post-combustion est placée immédiatement après la chambre de combustion. Elle est alimentée en les effluents gazeux issus de cette dernière : effluents gazeux chargés en noir de carbone, en polluants de diverses natures, en imbrûlés... En son sein, il règne généralement une température supérieure à celle de la chambre de combustion et l'on vise à épurer lesdits effluents gazeux, à parfaire la combustion. La demanderesse a souhaité optimiser les caractéristiques du garnissage de ladite chambre de post-combustion de façon à pouvoir assurer un recyclage, au moins partiel, dudit garnissage. Elle a souhaité, en tout état de cause, limiter le volume des déchets constitués dudit gamissage usé - plus ou moins pollués, générés dans ce type de procédé. Elle a tout particulièrement développé l'invention dans le cadre de l'incinération de déchets nucléaires en vue de minimiser le volume de déchets ultimes. Le procédé de l'invention, décrit en détail ci-après, n'est nullement limité à ce cadre. Selon l'art antérieur, pour incinérer des déchets de diverses natures (déchets ménagers, déchets des industries chimique, électronique et nucléaire), on fait intervenir, dans les chambres de post-combustion, à titre de garnissage, des lits filtrants de matériaux réfractaires. Ledit matériau réfractaire - carbure de silicium ou corindon, par exemple -, conditionné en agrégats, présente toujours une certaine porosité ouverte. En cours d'utilisation, ledit matériau se sature, génère des fines ; ledit lit filtrant, constitué dudit matériau, se colmate et sa partie supérieure est par ailleurs généralement endommagée par le brûleur intervenant... 11 convient donc, à plus ou moins brève échéance, de remplacer ledit lit filtrant. Un tel remplacement peut être total ou partiel. Le matériau réfractaire usé, plus ou moins riche en fines, une fois récupéré constitue alors un déchet technologique non recyclable qu'il convient de gérer. Cette gestion est plus ou moins délicate et coûteuse, au vu de la nature des déchets incinérés. A ce jour, pour l'incinération de déchets radioactifs, te garnissage de la chambre de post-combustion est constitué d'agrégats de carbure de silicium (SiC), présentant une porosité ouverte importante et une granulométrie très hétérogène. Ladite chambre de post-combustion présente avantageusement une géométrie telle que décrite dans le brevet US-A-4 945 838. Lesdits agrégats de SiC, poreux, sont caractérisés par une excellente efficacité en début d'utilisation, mais ils se saturent et se déténorent progressivemcnt. Ils doivent donc impérativement être renouvelés. Ce renouvellement est mis en oeuvre, à intervalles réguliers, par prélèvement partiel de "SiC empoussiéré" et apport de "SiC neuf". Les agrégats intervenants, relativement friables, produisent des fines et il est impossible de les dépoussiérer, en vue de leur recyclage, dans la mesure ou ils sont poreux. Lesdits agrégats "empoussiérés" constituent donc, à 100 %, des déchets ultimes, qui doivent être stockés. La demanderesse a donc souhaité remplacer les agrégats de SiC (dans cc contexte particulier) par des éléments potentiellement réutilisables dans la chambre de post-combustion, après dépoussiérage, l'objectif étant de réduire le volume de déchets ultimes. La demanderesse, confrontée à ce problème technique, a développé un procédé d'incinération utilisant un garnissage spécifique dans la chambre de postcombustion ; ledit procédé incluant, avantageusement, un soutirage séquentiel dudit garnissage, son dépoussiérage (sa "décontamination") et son recyclage dans ladite chambre de post-combustion. On précise ci-après les caractéristiques dudit procédé d'incinération de l'invention. Selon sa principale caractéristique, il est mis en oeuvre avec un garnissage de la chambre de post-combustion, à base d'éléments sans porosité ouverte Le garnissage proposé n'est en fait pas original par sa nature chimique, mais par ses propriétés physiques. Il ne présente pas de porosité ouverte, dc sorte qu'il ne peut être empoussiéré "à coeur" et qu'il est susceptible d'être dépoussiéré. En d'autres termes, I'absence de porosité évite une migration des poussières à l'intérieur du matériau et correspond à un état de surface rendant aisé la séparation SiC/poussières. Avantageusement, ledit garnissage n'est en aucune façon poreux, de sorte que son fractionnement ne saurait générer des éléments poreux. Le qualificatif sans porosité ouverte , utilisé dans la présente descnption et les revendications annexées, signifie bien évidemment dont la porosité ouverte est nulle ou quasiment nulle En effet, il ne saurait notamment être totalement exclu que le garnissage utilisé selon l'invention présente quelques défauts de fabrication, présente une très faible porosité ouverte. En tout état de cause, une telle porosité (résiduelle, accidentelle) n'est en rien comparable avec celle présentée par les agrégats de l'art antérieur. Ledit garnissage, sans porosité ouverte, est bien évidemment en un matériau capable de résister aux conditions régnant dans la chambre de postcombustion. Il doit notamment être capable de subir, à des températures de l'ordre de 1000 à 1200"C, les chocs répétés des particules entraînées par les fumées de combustion. On préconise vivement dans le cadre d'une variante avantageuse de l'invention que lesdits éléments du garnissage - sans porosité ouverte - soient en carbure de silicium (SiC). Un tel carbure de silicium, non poreux, peut être obtenu par frittage, à une température supérieure à 2000"C (c'est cette température élevée qui permet d'obtenir un matériau dont la porosité ouverte est voisine de zéro) sous atmosphére neutre (sous azote par exemple). Ce matériau - carbure de silicium fritté-ntest pas per se nouveau. Compte tenu de ses propriétés intéressantes (notamment sa haute résistance à l'usure et à l'abrasion, sa bonne tenue en température et aux chocs thermiques, sa grande rigidité et stabilité dimensionnelle, sa grande dureté), il est notamment utilisé pour constituer des pièces de frottement, dans la structure de pompes, par exemple... Dans le cadre de la présente invention, on en propose, sous une forme adéquate, une utilisation originale. Ledit matériau préféré - SiC fritté, sans porosité ouverte- peut intervenir, à titre de garnissage de la chambre de post-combustion, sous différentes formes et dimensions. Avantageusement, les éléments du garnissage ont une forme cylindrique. Ils sont mis en forme par matriçage uniaxial, avant frittage. La forme cylindrique est notamment préférée à la forme sphérique qui s'est révélée, d'une part, difficile à obtenir avec une géométrie parfaite (les plats de matriçage subsistant inévitablement) et, d'autre part, quasi impossible à obtenir avec une homogénéité interne satisfaisante, à des diamètres supérieurs à environ 25 mm. On préconise tout particuliérement, dans le cadre de la variante avantageuse développée ici du procédé de l'invention, I'intervention de cylindres de SiC fritté (sans porosité ouverte) présentant un diamètre et une hauteur compris entre 25 et 40 mm (de préférence un diamètre et une hauteur compris entre 25 et 30 mm). Il s'est en effet avéré délicat d'assurer l'homogénéité du produit au-delà de 40 mm de diamètre et on a observé que, au-delà de 30 mm de diamètre, les cylindres de SiC présentent une moindre résistance à l'abrasion. Lesdits éléments de garnissage, en ledit matériau - SiC fritté, sans porosité ouverte, de forme cylindrique, peuvent être qualifiés de galets. Lesdits galets présentent avantageusement les dimensions précisées ci-dessus. L'homme de l'art conçoit aisément que les précisions données cidessus sur la forme et les dimensions des éléments de garnissage en SiC préconisés sont a priori transposables à des éléments de garnissage en tout autre matériau susceptible de convenir (corindon, diamant...). De façon caractéristique, le procédé d'incinération de l'invention est donc mis en oeuvre avec un garnissage de la chambre de post-combustion, à base d'éléments, avantageusement de galets de SiC, sans porosité ouverte. De tels éléments, moins fragiles que des agrégats, génèrent moins de fines, ne se polluent pas à coeur mais, à l'usage, se saturent toutefois. Dans le cadre du procédé de l'invention, on prévoit donc généralement, comme dans le cadre du procédé dc l'art antérieur mis en oeuvre avec un garnissage de matériaux réfractaires poreux, le soutirage, total ou partiel, desdits éléments du garnissage usés. On prévoit, en fait, de façon classique, le soutirage (la vidange), total ou partiel, dudit garnissage usé. Avantageusement, on ne met en oeuvre que des soutirages partiels, à un rythme adéquat, compensés, à un rythme adéquat, identique ou différent du premier, par des apports de volume adéquat. Les éléments du garnissage ainsi soutirés présentent l'avantage, de par leur nature spécifique et plus précisément de par leur état de surface original, de pouvoir être, relativement aisément, dépoussiérés. Le procédé de l'invention englobe donc, fort avantageusement, un tel dépoussiérage des éléments de garnissage soutirés après usage, ceci, essentiellement, dans te but de mettre en oeuvre un recyclage. Le but visé étant celui, exposé dans le préambule du présent texte, de minimiser le volume des déchets ultimes. Dans le cadre de la mise en oeuvre d'une variante préférée du procédé de l'invention, on prévoit donc le dépoussiérage des éléments de garnissage usés qui, à l'issue d'un tel dépoussiérage, sont rendus réutilisables. On associe donc avantageusement à un tel dépoussiérage un recyclage desdits éléments. Il convient plus précisément de parler du recyclage des éléments, peu ou pas fractionnés (ne présentant pas de porosité ouverte) et de la récupération, avantageusement séparée, d'une part des poussières (ou fines) et d'autre part des éclats desdits éléments. En effet, au sein d'un volume de garnissage soutiré, on trouve inéluctablement des éléments de garnissage empoussiérés, peu ou pas fractionnés, des éclats et des fines résultant du fractionnement des éléments neufs ou intacts... Le recyclage rendu ainsi possible est mis en oeuvre à plus ou moins longue échéance. Les éléments du gamissage, empoussiérés ou dépoussiérés, peuvent en effet être stockés respectivement avant ou (et) après leur dépoussiérage. L'homme du métier comprend ici tout l'intérêt de la présente invention. Pour la mise en oeuvre du dépoussiérage des éléments du garnissage, on peut, dans le cadre de la présente invention, faire appel à toute technique adéquate (et aux dispositifs connus associés auxdites techniques). L'homme du métier est à même de choisir la technique la plus adaptée à la nature desdits éléments et à la nature des poussières les polluant. On peut citer, ici, de manière non exhaustive les techniques de soufflage, de lavage, de tamisage... La demanderesse préconise tout particulièrement dc faire appel à la technique du tamisage pour un tel dépoussiérage. Ainsi, ledit dépoussiérage des éléments du garnissage récupérés après utilisation est-il avantageusement mis en oeuvre dans une tamiseuse vibrante multi-étages ; au sortir des différents étages de laquelle sont récupérés - les éléments de garnissage, peu ou pas fractionnés, dépoussiérés; - les éléments de garnissage fractionnés (éclats), dépoussiérés - tes poussières (fines). On prévoit avantageusement au sein d'une telle tamiseuse vibrante au moins deux étages pour la récupération desdits éléments fractionnés, dépoussiérés, recyclables. Comme indiqué précédemment, la demanderesse a développé tout particulièrement ledit procédé de l'invention pour l'incinération de déchets radioactifs. Dans ce contexte, de façon préférée, ledit procédé de l'invention comprend: - I'incinération de tels déchets radioactifs dans un dispositif d'incinération incluant une chambre de combustion et une chambre de post-combustion; ladite chambre de post-combustion renfermant un garnissage à base d'éléments sans porosité ouverte (avantageusement à base de galets de SiC, obtenus par frittage) - le soutirage et le dépoussiérage desdits éléments du garnissage, usés - le recyclage desdits éléments du garnissage, soutirés et dépoussiérés, peu ou pas fractionnés (à titre d'éléments de garnissage dc ladite, ou plus généralement d'une, chambre de post-combustion). Cette variante de mise en oeuvre du procédé de l'invention est illustrée dans l'exemple développé un peu plus loin dans le présent texte, en référence aux figures annexées. Dans le cadre du procédé de l'invention, il est proposé l'utilisation d'éléments originaux à titre d'éléments de garnissage d'une chambre dc postcombustion. Lesdits éléments de garnissage, avantageusement en SiC, ne présentent pas de porosité ouverte. Cette utilisation de ces éléments originaux constitue un autre objet de la présente invention. Cette utilisation est avantageusement mise en oeuvre dans le cadre de l'incinération de déchets nucléaires, radioactifs ; lesdits éléments originaux garnissant la chambre de post-combustion. On reconsidère maintenant le procédé de l'invention en référence aux figures annexes La figure 1 illustre, de façon schématique, la variante de mise en oeuvre préférée du procédé d'incinération de l'invention. La figure 2 est une coupe partielle longitudinale d'une chambre de post-combustion, susceptible d'intervenir dans le dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention. La figure 3 est un schéma de principe d'une installation convenant pour le dépoussiérage des éléments de garnissage, utilisés selon l'invention. La figure 4 représente, schématiquement, le tamiseur de l'installation selon la figure 3. La figure I parle d'elle-même et met en avant l'intérêt du procédé de I'invention. En mettant en oeuvre la post-combustion avec un garnissage spécifique, on rend possibles le dépoussiérage et le recyclage d'une grande partie dudit garnissage. La figure 2 montre, en coupe, une chambre de post-combustion 1 du type de celle dont on préconise l'intervention dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, notamment pour l'incinération de déchets radioactifs. Une telle chambre de post-combustion 1 a été décrite dans le brevet US-A-4 945 838. De façon caractéristique, ladite chambre de post-combustion 1 a une partie inférieure en forme de Y, un mur vertical 2 la séparant en deux compartiments. Les deux branches du Y sont remplies du lit filtrant 3 à des niveaux différents, ledit lit 3 étant à un niveau plus bas dans le compartiment par lequel entrent les gaz de combustion G. Ladite chambre de post-combustion I comporte une double enveloppe 4 à circulation d'air. Le front d'attaque des gaz G a été symboliquement représenté en F. On a indiqué en F' sa position après un soutirage (partiel). Ledit soutirage s'effectuc par la goulotte 5. Selon l'invention, le lit filtrant 3 est constitué d'éléments (en un matériau réfractaire) sans porosité ouverte, susceptibles d'être dépoussiérés et recyclés. L'installation de dépoussiérage, représentée sur la figure 3, est alimentée en les éléments de garnissage soutirés conditionnés en fûts 10. Ladite installation est composée des éléments suivants - un ensemble basculeur qui comprend: + un réceptacle 1 1 de fûts 10 + une coiffe 12 assurant l'étanchéité dudit réceptacle 11 + un système de basculement 13 + une trappe à ouverture manuelle, - une goulotte de déversement 15, - un supportage, commun, audit ensemble basculeur et à ladite goulotte de déversement 15, - deux alimentateurs vibrants 17, 18 et leur carte de commande, permettant un réglage de t'avance des produits, - un tamiseur cylindrique multi-étage 20 (voir la figure 4), - des interfaces souples entre les différents organes. Ledit tamiseur 20, représenté sur la figure 4, est mis en vibration grâce au moteur à balourd 21. Il comporte trois étages. A la sortie du premier desdits étages, on récupère les éléments du garnissage recyclables (peu ou pas fractionnés ; lesdits éléments ayant été retenus par le filtre 20a) ; à la sortie des second et troisième étages, on récupère des éclats desdits éléments de garnissage (respectivement retenus par les filtres 20b et 20c). A la sortie inférieure, au fond dudit tamiseur 20, on récupère les poussières ou fines. On illustre enfin l'invention par l'exemple ci-après. La demanderesse a traité selon l'invention des déchets nucléaires. Elle a utilisé, dans la chambre de post-combustion, un garnissage de SiC en galets (non poreux). Lesdits galets ont été obtenus par frittage à 2200"C sous azote et présentent une forme cylindrique: 25 mm La chambre de post-combustion est telle que schématisée sur la figure 2. Le soutirage du SiC empoussiéré - soutirage partiel - est réalisé dans des fûts en acier. Ces fûts sont réputés propres, avant leur remplissage. Ils ont été préalablement dépoussiérés en boîtes à gants. Lesdits fûts remplis sont en général eux-mêmes conditionnés sous sacs vinyle soudés et l'ensemble est disposé dans des récipients de plus grande taille pour le stockage. Pour le dépoussiérage des galets récupérés, empoussiérés, on a utilisé un dispositif du type de celui schématisé sur la figure 3. On a travaillé à l'intérieur d'une boîte à gants ; tout le dispositif-alimentation de la tamiseuse, tamiseuse - se trouvant à l'intérieur de ladite boîte à gants. Le SiC empoussiéré est, dans ladite boite à gants, séparé en a) - du SiC dépoussiéré, contaminé, recyclable dans l'incinérateur (la chambre de post-combustion dudit incinérateur). Ledit SiC représente environ 95 % en poids du SiC récupéré. Ledit SiC est conditionné en conteneurs de volume compatible avec le dosage du SiC en sortie d'incinérateur (par exemple, en fûts métalliques de volume adéquat) b) - des éclats de SiC, expédiés en déchets ultimes, qui ne représentent que moins de 5 % en poids du SiC récupéré. Lesdits éclats sont conditionnés (en général dans des pots en plastique, eux-mêmes conditionnés sous sacs vinyle soudés), puis placés dans des conteneurs (en général des fûts métalliques) c) - des poussières de SiC, mélangées à des poussières de cendres, expédiées pour retraitement. Lesdites poussières sont directement conditionnées en cendriers sertis, eux-memes placés en étuis. REVENDTCATIONS Procédé d'incinération comprenant deux étapes successives de combustion et de post-combustion, ladite post-combustion étant mise en oeuvre dans une chambre dite de post-combustion (1), renfermant un garnissage (3) destiné notamment à piéger les poussières entraînées par les fumées de combustion, caractérisé en ce que ledit garnissage (3) est à base d'éléments sans porosité ouverte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments de gamissage sont des éléments en carbure de silicium. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits éléments de garnissage en carbure de silicium ont une forme cylindrique, les cylindres présentant avantageusement un diamètre et une hauteur compris entre 25 et 40 mm, ledit diamètre et ladite hauteur étant de préférence compris entre 25 et 30 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend le soutirage, total ou partiel, avantageusement partiel, desdits éléments de garnissage de ladite chambre de post-combustion (1). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments de garnissage soutirés sont dépoussiérés et en ce qu'avantageusement lesdits éléments de garnissage soutirés, dépoussiérés, peu ou pas fractionnés, sont recyclés. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dépoussiérage desdits éléments de garnissage est mis en oeuvre dans une tamiseuse vibrante multi-étage, au sortir des différents étages de laquelle sont récupérés - les éléments de garnissage peu ou pas fractionnés, dépoussiérés - les éléments de garnissage fractionnés, dépoussiérés - les poussières lesdits éléments de garnissage fractionnés dépoussiérés étant avantageusement récupérés au sortir d'au moins deux étages. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que des déchets radioactifs sont incinérés, en ce que les éléments de garnissage, sans porosité ouverte, de la chambre de post-combustion, soutirés, sont dépoussiérés et en ce que lesdits éléments de garnissage dépoussiérés, peu ou pas fractionnés, sont recyclés ; des poussières fortement contaminées en plutonium étant récupérées 8. Utilisation, dans une chambre de post-combustion, d'éléments de garnissage sans porosité ouverte. notamment en carbure de silicium, pour notamment le piégeage des poussières entraînées par les fumées de combustion. 9. Utilisation selon la revendication 9, dans une chambre de postcombustion d'un incinérateur de déchets nucléaires.