EP0750784B1 - Procede et installation d'epuration de fumees issues de l'incineration de dechets faiblement radioactifs - Google Patents

Procede et installation d'epuration de fumees issues de l'incineration de dechets faiblement radioactifs Download PDF

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EP0750784B1
EP0750784B1 EP95912311A EP95912311A EP0750784B1 EP 0750784 B1 EP0750784 B1 EP 0750784B1 EP 95912311 A EP95912311 A EP 95912311A EP 95912311 A EP95912311 A EP 95912311A EP 0750784 B1 EP0750784 B1 EP 0750784B1
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EP
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gases
aqueous solution
heavy metals
radioactive
column
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EP95912311A
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EP0750784A1 (fr
Inventor
Dehui Yu
Dominique Touchais
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SERVICE PROTECTION ENVIRONNEMENT INGENIERIE ET CONSTRUCTION "SPEIC"
Original Assignee
SERVICE PROTECTION ENVIRONNEMENT INGENIERIE ET CONSTRUCTION "SPEIC"
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/02—Treating gases

Definitions

  • the invention relates to the purification of fumes from the incineration of low-level radioactive waste, in particular but not exclusively the treatment of smoke from a fusion incinerator and vitrification of waste, such as waste generated by industry nuclear, hospitals or universities.
  • the incineration of low-level radioactive waste produces fumes containing water vapor, acid pollutants such as hydrogen halides, solid particles some of which are soluble, and radioactive heavy metals, which should be extracted from fumes before release of the latter into the atmosphere.
  • a known treatment of fumes consists in cooling them by means a heat recovery unit at a temperature compatible with their passage through a filter capable of retaining the solid particles, and then treating the dust removed in a gas washing installation to extract acid pollutants and part of the gaseous heavy metals, before the discharge of smoke in the atmosphere.
  • the fumes from fusion incinerators and vitrification of waste has a high temperature, which can reach 1250 ° C, and the heat recovery unit must be specially designed and made of materials resistant to temperature and corrosion, therefore expensive. It has been proposed to overcome this drawback of cooling the fumes by dilution effect by injecting air into them, but this solution has the drawback of increasing the quantity of gases to be treated.
  • the publication FR-A-2 408 196 describes a waste treatment process which includes, among other steps, a cooling and condensing step of particles contained in this smoke, the wet particles being separated by passing through a sieve and the fumes being then reheated and filtered.
  • the solid particles carried by the fumes are thus recovered by the filter after the fumes have been cleared of radioactive heavy metals, so these solid particles, little or no radioactive, do not require special precautions for their handling and can be sent back to the incinerator to be melted and vitrified.
  • the crystallization of neutralized condensate salts and treated eliminates any liquid discharge by producing salts likely to be used industrially and water to be recycled in the smoke circuit. Ultimate waste resulting from smoke treatment are thus limited to the precipitate, and the handling and storage of this waste are thus facilitated compared to known installations which produce a greater volume of waste.
  • the number of equipment contaminated by smoke is less than that of known installations because radioactive heavy metals are eliminated in the cooler-condenser, i.e. the first link in processing.
  • the subject of the invention is therefore a process for purifying smoke from a low radioactive waste incinerator, this smoke containing water vapor, acid pollutants, solid particles and radioactive heavy metals, characterized in that it comprises the stages consisting in cooling the fumes in a cooler-condenser by below their dew point to capture radioactive heavy metals in condensates along with acidic pollutants and particles soluble solids contained in the fumes, to reheat the fumes from the cooler-condenser so as to avoid the rejection of liquid effluent by the installation, then sending the fumes into a filter capable of recovering the solid particles before discharging the purified fumes into the atmosphere, condensates being treated to precipitate radioactive heavy metals and recover an aqueous solution which is sent to a crystallization, in order to recover salts and water to recycle in the installation.
  • the cooling of the smoke is produced by contact with an aqueous solution dispersed in a cooling enclosure to a temperature close to their dew temperature, then by contact with a heat exchanger at condensation down to a temperature below their temperature of dew.
  • the cooling of the fumes is carried out by contact with an aqueous solution dispersed in a cooling enclosure down to a temperature close to their dew point then by direct contact of the fumes with an aqueous solution dispersed in a spraying column, this aqueous solution being maintained, thanks to a heat exchanger, at a temperature below said temperature dew of the fumes, so that heavy metals are extracted from the fumes by condensation by mixing at the same time as the capture of pollutants acids and soluble particles contained in the fumes.
  • the installation shown in Figure 1 is intended for treatment a stream 1 of smoke from a weakly incinerator 3 of waste radioactive, for example waste generated by the nuclear industry, hospitals or universities.
  • This incinerator 3 is preferably of the type comprising a pocket for melting waste under the action of a torch plasma or an electroburner, for their vitrification.
  • the fumes at treat convey solid particles and radioactive heavy metals. They contain water vapor formed during combustion of the waste and acidic pollutants such as hydrogen halides and pollutants organic. The temperature of the fumes is high, reaching 1250 ° C.
  • Flow 1 of smoke is sent to a cooler-condenser comprising a cooling enclosure 6 into which is sprayed an aqueous solution to rapidly cool the fumes to a temperature close to their dew temperature.
  • the fumes are sent to a condenser 100 where they are cooled to a temperature below their dew temperature, so that radioactive heavy metals are extracted fumes during the condensation of the water vapor contained in these last, together with the capture of acid pollutants and soluble solid particles carried by smoke.
  • the condenser 100 is a condenser of the surface type condenser, comprising a heat exchanger 106 heat capable of performing a heat exchange between the fumes and a refrigerant leaving at 101 a refrigeration installation 102 for supply the exchanger 106 at a temperature below the temperature of dew of smoke, and then returning in 103 to the installation of refrigeration 102.
  • Condensation products that form on contact with the exchanger 106 are sent by a circuit 104 in the enclosure of cooling 6 in contact with the fumes passing through it, to abruptly lower their temperature, that is to say to carry out a quenching, up to a temperature close to their dew point temperature. During this quenching, heavy metals do not adsorb on solid particles transported by smoke.
  • the circuit 104 advantageously includes a clarifier allowing to collect in 108 solid particles which are, preferably returned to the incinerator to be melted and vitrified.
  • a purge circuit 105 is provided for withdrawing the products from condensation when the concentration of radioactive or other heavy metals pollutants is high, in order to send them to a treatment unit 30, receiving at 31, via a valve 32, reagents 33, by example of soda, flocculants and insolubilizers, intended to precipitate radioactive heavy metals.
  • the precipitate is extracted by filtration to recover irradiated filter cakes at 34.
  • the aqueous solution freed from the precipitate contains salts formed during the neutralization of acid pollutants and soluble particles dissolved in condensates. This aqueous solution is directed at 35 to a salt crystallization unit 36, to recover water in 37, sent to a network of distribution 38 to be recycled in installation 2.
  • the filter cakes 34 are packaged for storage at 43.
  • the crystallization unit advantageously comprises two stages, the first being constituted by a forced circulation concentrator and the second by a evaporator-crystallizer.
  • the fumes leaving purified the condenser 100 pass through of a heater 300, in the example described a heater comprising a propane burner 301, to be brought to a temperature such that, of a apart, the solid particles which they transport are dried and to absorb, on the other hand, the water produced during the crystallization of the salts, which is reinjected in enclosure 6 by a power supply 22 connected to the network 38; so installation 2 does not reject any liquid effluent.
  • a heater 300 in the example described a heater comprising a propane burner 301, to be brought to a temperature such that, of a apart, the solid particles which they transport are dried and to absorb, on the other hand, the water produced during the crystallization of the salts, which is reinjected in enclosure 6 by a power supply 22 connected to the network 38; so installation 2 does not reject any liquid effluent.
  • the heat exchanger 400 is capable of producing a heat exchange between the hot fumes leaving in 302 the heater 300 and the purified fumes having passed through filter 200, before release into the atmosphere of the latter.
  • This 400 heat exchanger allows on the one hand to avoid temperature fluctuations risking damage the filter 200 located downstream of the heater 300 and on the other hand avoids the formation of a white plume during rejection, by a chimney, purified smoke in the atmosphere.
  • the filter 200 adapted to retain the solid particles conveyed in smoke, is an absolute filter, for example a very high efficiency filter two floors. Solid particles, almost free of heavy metals radioactive, retained by the filter 200 are recovered in 201 and are advantageously returned to the incinerator 3 to be melted and vitrified. Thanks to the heater 300, the solid particles which reach the filter 200 are no longer wet, which prevents clogging of this latest.
  • the purified fumes are preferably sent to a desulphurization unit 500 receiving water at 501 recycled from distribution network 38, and in 502 from additives basic, for example soda, in a manner known per se, to form a basic washing solution.
  • the purified fumes leave in 503 the unit of desulfurization 500 to the exchanger 400 to be rejected by a fan 505 in the atmosphere after crossing it while a purge of deconcentration of the basic washing solution is conveyed in 504 to the processing unit 30.
  • the condenser 100 includes a heat exchanger 106 capable of cooling by contact with the surface of the latter fumes.
  • a mixing condenser comprising a spray column 7 in which fumes are sent in direct contact with an aqueous solution dispersed, the temperature of which is kept below the temperature of dew of the fumes, so that heavy metals are extracted from the fumes by condensation by mixing, at the same time as the capture of pollutants acids and soluble solid particles contained in the fumes.
  • aqueous solution 8 initially originating from the distribution 38 and whose temperature is kept below the dew point temperature is sprayed in column 7 against the current fumes. More specifically, the aqueous solution 8 is sprayed with means of nozzles 9 arranged in a staggered manner to create sheets of liquid in column 7, in a manner known per se.
  • the nozzles 9 are supplied by a supply circuit 12 comprising a pump 11 for withdrawing at 10 the aqueous solution at the base of the column 7 and a heat exchanger 13 located downstream of the pump 11. Valves 14 are placed in series with the nozzles 9 so as to adjust the flow of each of them at the desired value.
  • the heat exchanger 13 is adapted to carry out an exchange of heat between the aqueous solution circulating in the supply circuit 12 and water from a secondary cooling circuit 15, the temperature of which is of course lower than the desired temperature for the solution aqueous to spray.
  • Column 7 is equipped, in a manner known per se, at its upper part, of a demister 20 intended to retain the droplets of liquid entrained by the fumes leaving it at 21. This demister 20 is cleaned, when the pressure drop across it exceeds a threshold given, by precipitation of water by means of a nozzle 41, connected by through a valve 42, to the distribution network 38.
  • the cooling enclosure 6 allows the use, for the construction of column 7, of a temperature resistance material less than that required for enclosure 6, subject to smoke from higher temperature. The overall cost of the installation is thus reduced.
  • a aqueous solution is sprayed into enclosure 6 using one or more several nozzles 16.
  • these nozzles 16 are supplied by a circuit 29 comprising a pump 17 for withdrawing the aqueous solution 8 of column 7 at the bottom thereof at 18, at a point located at the bottom of column 7, below the level of sampling point 10 above, so as to cause the solid residues accumulated at the bottom of the column 7.
  • a clarifier 45 is placed upstream of the pump 17 to recover these solid residues at 46, which are returned to the incinerator 3 to be melted and vitrified.
  • the cooled fumes leave in 19 the enclosure 6, with the solution sprayed by the nozzles 16, to unblock tangentially in column 7 under the nozzles 9.
  • the aqueous solution 8 circulates for the most part in circuit closed.
  • a purge circuit 23 makes it possible to overflow withdrawals when the concentration of radioactive heavy metals or other pollutants extracted from the fumes is high, and the water supply recycled 22 makes it possible to rescue the supply of the nozzles 16 if necessary.
  • This supply 22, connected on one side to the distribution network 38, is connects the other, via a valve 24, at a point 25 located on the circuit 23 upstream of the nozzles 16 and isolated from the pump 17 by a valve non-return 26.
  • the purge circuit 23, opening into column 7 above the level of the sampling points 10 and 18, makes it possible to carry out extraction of acid pollutants and heavy metals extracted from the fumes, as well as the case may be hydrocarbons and suspended solids.
  • the nozzle 41 is supplied with recycled water from the supply network 38 for compensate for the losses in aqueous solution in column 7, in particular in the case where the quantities drawn are greater than the quantity of steam of water, contained in the fumes, which is condensed.
  • the bottom of the column, steep, is fitted with a ramp 27, supplied via a valve 28 in low pressure compressed air to agitate the aqueous solution 8 before the start of the installation.
  • the invention makes it possible to effectively eliminate the acid pollutants, solid particles and radioactive heavy metals in minimizing the amount of radioactive solid residue resulting from treatment fumes.
  • the cooler-condenser entirely in column 7, the first stage thereof then playing the same role as the cooling enclosure 6.
  • the desulfurization unit in the upper part of the spraying column 7, then equipped with a smoke separation tray and basic washing solution.
  • the counter-current spray column 7 can be replaced by a co-current spray column.
  • the installation according to the invention also advantageously reduces the risks of pollution transfer by avoiding the discharge of liquid effluent, thanks to the crystallization unit 36 which makes it possible to recover water at recycle and to the heater 300 which eliminates excess water, under form of vapor in the atmosphere.
  • the rapid cooling of the fumes in the enclosure cooling 6 prevents adsorption of radioactive heavy metals on solid particles and the formation of organic pollutants such as dioxins or furans.
  • the installation also has a high yield for the capture of pollutants such as gaseous mercury, due to the low condenser-cooler flue gas outlet temperature, typically of the order of 30 ° C.

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Description

L'invention concerne l'épuration de fumées issues de l'incinération de déchets faiblement radioactifs, notamment mais non exclusivement le traitement de fumées provenant d'un incinérateur à fusion et vitrification des déchets, tels que des déchets générés par l'industrie nucléaire, les hôpitaux ou les universités.
L'incinération de déchets faiblement radioactifs produit des fumées contenant de la vapeur d'eau, des polluants acides tels que des halogénures d'hydrogène, des particules solides dont certaines sont solubles, et des métaux lourds radioactifs, qu'il convient d'extraire des fumées avant le rejet de ces dernières dans l'atmosphère.
Un traitement connu des fumées consiste à les refroidir au moyen d'un récupérateur de chaleur à une température compatible avec leur passage dans un filtre apte à retenir les particules solides, et à traiter ensuite les fumées dépoussiérées dans une installation de lavage des gaz pour extraire les polluants acides et une partie des métaux lourds gazeux, avant le rejet des fumées dans l'atmosphère. Les fumées issues des incinérateurs à fusion et vitrification des déchets présentent une température élevée, pouvant atteindre 1250°C, et le récupérateur de chaleur doit être conçu spécialement et réalisé dans des matériaux résistant à la température et à la corrosion, donc coûteux. On a proposé pour pallier à cet inconvénient de refroidir les fumées par effet de dilution en injectant de l'air dans celles-ci, mais cette solution présente l'inconvénient d'augmenter la quantité des gaz à traiter. Par ailleurs, le refroidissement des fumées, avant l'envoi dans les filtres, provoque une adsorption des métaux lourds radioactifs sur les particules solides qui exigent alors, une fois extraites des fumées, des précautions particulières pour leur conditionnement et leur manutention. Les installations connues produisent ainsi un volume important de résidus solides radioactifs dont la manutention et le stockage sont coûteux. En outre, les particules solides ayant adsorbé les métaux lourds particulaires radioactifs contaminent toutes les installations situées en amont du filtre, tandis que les métaux lourds gazeux radioactifs contaminent les équipements de lavage des gaz, et ces installations constituent alors, en cas de remplacement, des sources de radioactivité exigeant des précautions particulières, lors de leur démontage, de leur transport et de leur élimination.
La publication FR-A-2 408 196 décrit un procédé de traitement de déchets qui comprend, entre autres étapes, une étape de refroidissement et de condensation de particules contenues dans ces fumées, les particules humides étant séparées par passage sur un tamis et les fumées étant ensuite réchauffées et filtrées.
La présente invention vise à réduire le coût du traitement des fumées, à augmenter les performances de celui-ci en minimisant la teneur résiduelle en polluants des fumées épurées, et elle y parvient grâce à une installation caractérisée en ce qu'elle comporte :
  • un refroidisseur-condenseur apte à refroidir les fumées à une température inférieure à leur température de rosée, de manière à capter les métaux lourds radioactifs dans les condensats en même temps que les polluants acides et que des particules solides solubles contenues dans les fumées,
  • un réchauffeur pour élever la température des fumées à leur sortie du refroidisseur-condenseur, de manière à éviter notamment le rejet d'effluent liquide par l'installation,
  • un filtre pour récupérer les particules solides en aval du réchauffeur, avant le rejet des fumées épurées dans l'atmosphère,
  • une unité de traitement des condensats, apte à précipiter les métaux lourds radioactifs pour récupérer un précipitat radioactif et une solution aqueuse, et
  • une unité de cristallisation pour cristalliser des sels contenus dans ladite solution aqueuse et récupérer de l'eau à recycler dans l'installation.
Les particules solides véhiculées par les fumées sont ainsi récupérées par le filtre après que les fumées aient été débarrassées des métaux lourds radioactifs, de sorte que ces particules solides, non ou peu radioactives, n'exigent pas de précautions particulières pour leur manutention et peuvent être renvoyées vers l'incinérateur pour être fondues et vitrifiées. La cristallisation de sels de condensats neutralisés et traités permet de supprimer tout rejet liquide en produisant des sels susceptibles d'être valorisés industriellement et de l'eau à recycler dans le circuit des fumées. Les déchets ultimes résultant du traitement des fumées sont ainsi limités au précipitat, et la manutention et le stockage de ces déchets ultimes sont ainsi facilités par rapport aux installations connues qui produisent un plus grand volume de déchets. En outre, le nombre des équipements contaminés par les fumées est moindre que celui des installations connues car les métaux lourds radioactifs sont éliminés dans le refroidisseur-condenseur, c'est-à-dire le premier maillon du traitement.
L'invention a ainsi pour objet un procédé d'épuration de fumées issues d'un incinérateur de déchets faiblement radioactifs, ces fumées contenant de la vapeur d'eau, des polluants acides, des particules solides et des métaux lourds radioactifs, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à refroidir les fumées dans un refroidisseur-condenseur en dessous de leur point de rosée pour capter les métaux lourds radioactifs dans les condensats en même temps que les polluants acides et que des particules solides solubles contenues dans les fumées, à réchauffer les fumées issues du refroidisseur-condenseur de manière à éviter le rejet d'effluent liquide par l'installation, puis à envoyer les fumées dans un filtre apte à récupérer les particules solides avant de rejeter les fumées épurées dans l'atmosphère, les condensats étant traités pour précipiter les métaux lourds radioactifs et récupérer une solution aqueuse qui est envoyée vers une unité de cristallisation, afin de récupérer des sels et de l'eau à recycler dans l'installation.
Dans une mise en oeuvre de l'invention, le refroidissement des fumées s'effectue par contact avec une solution aqueuse dispersée dans une enceinte de refroidissement jusqu'à une température proche de leur température de rosée, puis par contact avec un échangeur de chaleur à condensation jusqu'à une température inférieure à leur température de rosée.
En variante, le refroidissement des fumées s'effectue par contact avec une solution aqueuse dispersée dans une enceinte de refroidissement jusqu'à une température proche de leur température de rosée puis par contact direct des fumées avec une solution aqueuse dispersée dans une colonne à pulvérisation, cette solution aqueuse étant maintenue, grâce à un échangeur de chaleur, à une température inférieure à ladite température de rosée des fumées, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides et de particules solubles contenues dans les fumées.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel:
  • la figure 1 est une vue d'ensemble d'une installation d'épuration équipée d'un condenseur par surface, conformément à une première réalisation de l'invention,
  • la figure 2 est une vue d'ensemble d'une installation d'épuration équipée d'un condenseur par mélange, conformément à une deuxième réalisation de l'invention, et
  • la figure 3 montre de façon détaillée le refroidisseur-condenseur correspondant à la réalisation de la figure 2.
L'installation représentée sur la figure 1 est destinée au traitement d'un flux 1 de fumées issues d'un incinérateur 3 de déchets faiblement radioactifs, par exemple des déchets générés par l'industrie nucléaire, les hôpitaux ou les universités. Cet incinérateur 3 est de préférence du type comprenant une poche de fusion des déchets sous l'action d'une torche à plasma ou d'un électrobrûleur, en vue de leur vitrification. Les fumées à traiter véhiculent des particules solides et des métaux lourds radioactifs. Elles renferment de la vapeur d'eau formée durant la combustion des déchets et des polluants acides tels que des halogénures d'hydrogène et des polluants organiques. La température des fumées est élevée, pouvant atteindre 1250°C.
Le flux 1 de fumées est envoyé dans un refroidisseur-condenseur comprenant une enceinte de refroidissement 6 dans laquelle est pulvérisée une solution aqueuse pour refroidir rapidement les fumées à une température proche de leur température de rosée. Après traversée de l'enceinte de refroidissement 6, les fumées sont envoyées dans un condenseur 100 où elles sont refroidies à une température inférieure à leur température de rosée, de sorte que les métaux lourds radioactifs sont extraits des fumées lors de la condensation de la vapeur d'eau contenue dans ces dernières, en même temps que la captation des polluants acides et de particules solides solubles véhiculées par les fumées.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le condenseur 100 est un condenseur du type condenseur par surface, comprenant un échangeur de chaleur 106 apte à réaliser un échange de chaleur entre les fumées et un fluide réfrigérant quittant en 101 une installation de réfrigération 102 pour alimenter l'échangeur 106 à une température inférieure à la température de rosée des fumées, et retournant ensuite en 103 à l'installation de réfrigération 102. Les produits de condensation qui se forment au contact de l'échangeur 106 sont envoyés par un circuit 104 dans l'enceinte de refroidissement 6 au contact des fumées traversant cette dernière, pour diminuer brutalement leur température, c'est-à-dire réaliser une trempe, jusqu'à une température proche de leur température de rosée. Lors de cette trempe, les métaux lourds ne s'adsorbent pas sur les particules solides transportées par les fumées. Le circuit 104 comporte avantageusement un clarificateur permettant de recueillir en 108 des particules solides qui sont, de préférence, renvoyées vers l'incinérateur pour y être fondues et vitrifiées.
Un circuit de purge 105 est prévu pour soutirer les produits de condensation lorsque la concentration en métaux lourds radioactifs ou autres polluants est élevée, afin de les envoyer vers une unité de traitement 30, recevant en 31, par l'intermédiaire d'une vanne 32, des réactifs 33, par exemple de la soude, des floculants et insolubilisants, destinés à précipiter les métaux lourds radioactifs. Le précipitat est extrait par filtration pour récupérer des gâteaux de filtration irradiés en 34. La solution aqueuse débarrassée du précipitat contient des sels formés lors de la neutralisation des polluants acides et des particules solubles dissoutes dans les condensats. Cette solution aqueuse est dirigée en 35 vers une unité de cristallisation des sels 36, permettant de récupérer en 37 de l'eau, envoyée dans un réseau de distribution 38 pour être recyclée dans l'installation 2. On récupère par ailleurs des sels cristallisés 41 susceptibles d'être valorisés industriellement. Les gâteaux de filtration 34 sont conditionnés en vue de leur stockage en 43. L'unité de cristallisation comporte avantageusement deux étages, le premier étant constitué par un concentrateur à circulation forcée et le second par un évaporateur-cristallisateur.
Les fumées quittant épurées le condenseur 100 passent au travers d'un réchauffeur 300, dans l'exemple décrit un réchauffeur comprenant un brûleur 301 au propane, pour être portées à une température telle que, d'une part, les particules solides qu'elles véhiculent sont séchées et pour absorber, d'autre part, l'eau produite lors de la cristallisation des sels, qui est réinjectée dans l'enceinte 6 par une alimentation 22 reliée au réseau 38 ; ainsi l'installation 2 ne rejette aucun effluent liquide.
A leur sortie du réchauffeur 300, les fumées passent avantageusement au travers d'un échangeur de chaleur 400 puis sont envoyées dans un filtre 200. L'échangeur de chaleur 400 est apte à réaliser un échange de chaleur entre les fumées chaudes quittant en 302 le réchauffeur 300 et les fumées épurées ayant traversé le filtre 200, avant le rejet dans l'atmosphère de ces dernières. Cet échangeur de chaleur 400 permet d'une part d'éviter des fluctuations de température risquant d'endommager le filtre 200 situé en aval du réchauffeur 300 et d'autre part permet d'éviter la formation d'un panache blanc lors du rejet, par une cheminée, des fumées épurées dans l'atmosphère.
Le filtre 200, adapté à retenir les particules solides véhiculées dans les fumées, est un filtre absolu, par exemple un filtre de très haute efficacité à deux étages. Les particules solides, quasi exemptes de métaux lourds radioactifs, retenues par le filtre 200 sont récupérées en 201 et sont avantageusement renvoyées dans l'incinérateur 3 pour être fondues et vitrifiées. Grâce au réchauffeur 300, les particules solides qui atteignent le filtre 200 ne sont plus humides, ce qui permet d'éviter le colmatage de ce dernier. A leur sortie du filtre 200, les fumées épurées sont de préférence envoyées dans une unité de désulfuration 500 recevant en 501 de l'eau recyclée provenant du réseau de distribution 38, et en 502 des additifs basiques, par exemple de la soude, de façon connue en soi, pour former une solution de lavage basique. Les fumées épurées quittent en 503 l'unité de désulfuration 500 vers l'échangeur 400 pour être rejetées par un ventilateur 505 dans l'atmosphère après traversée de celui-ci tandis qu'une purge de déconcentration de la solution de lavage basique est acheminée en 504 vers l'unité de traitement 30.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le condenseur 100 comporte d'un échangeur de chaleur 106 apte à refroidir par le contact avec la surface de ce dernier les fumées. En variante, comme représenté sur les figures 2 et 3, on utilise avantageusement, notamment quand les fumées à traiter véhiculent davantage de particules solides, un condenseur par mélange comprenant une colonne à pulvérisation 7 dans laquelle les fumées sont envoyées au contact direct d'une solution aqueuse dispersée, dont la température est maintenue inférieure à la température de rosée des fumées, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange, en même temps que la captation des polluants acides et de particules solides solubles contenues dans les fumées.
Une solution aqueuse 8 provenant initialement du réseau de distribution 38 et dont la température est maintenue inférieure à la température de rosée des fumées est pulvérisée dans la colonne 7 à contre-courant des fumées. Plus précisément, la solution aqueuse 8 est pulvérisée au moyen de buses 9 disposées de façon étagée pour créer des nappes de liquide dans la colonne 7, de façon connue en soi. Les fumées traversent successivement les nappes de solution aqueuse pulvérisée et la vapeur d'eau qu'elles contiennent se condense au contact des fines gouttelettes de solution aqueuse 8, avec absorption des polluants acides. La quasi totalité des métaux lourds radioactifs est ainsi captée dans les condensats acides formés. L'élimination des métaux lourds radioactifs est facilitée par l'acidité de la solution aqueuse, due à la dissolution dans celle-ci des gaz acides contenus dans les fumées.
Les buses 9 sont alimentées par un circuit d'alimentation 12 comprenant une pompe 11 pour prélever en 10 la solution aqueuse à la base de la colonne 7 et un échangeur de chaleur 13 situé en aval de la pompe 11. Des vannes 14 sont placées en série avec les buses 9 de manière à régler le débit de chacune d'elles à la valeur souhaitée.
L'échangeur de chaleur 13 est adapté à réaliser un échange de chaleur entre la solution aqueuse circulant dans le circuit d'alimentation 12 et de l'eau d'un circuit secondaire 15 de refroidissement, dont la température est bien entendu inférieure à la température souhaitée pour la solution aqueuse à pulvériser. La colonne 7 est équipée, de façon connue en soi, à sa partie supérieure, d'un dévésiculeur 20 destiné à retenir les gouttelettes de liquide entraínées par les fumées quittant celle-ci en 21. Ce dévésiculeur 20 est nettoyé, lorsque la perte de charge à sa traversée est supérieure à un seuil donné, par précipitation d'eau au moyen d'une buse 41, reliée par l'intermédiaire d'une vanne 42, au réseau de distribution 38.
L'enceinte de refroidissement 6 permet l'emploi, pour la construction de la colonne 7, d'un matériau de tenue à la température moindre que celle exigée pour l'enceinte 6, soumise à des fumées de température plus élevée. Le coût global de l'installation est ainsi réduit. Une solution aqueuse est pulvérisée dans l'enceinte 6 au moyen d'une ou plusieurs buses 16. De préférence, comme représenté, ces buses 16 sont alimentées par un circuit 29 comprenant une pompe 17 pour prélever la solution aqueuse 8 de la colonne 7 au fond de celle-ci en 18, en un point situé au plus bas de la colonne 7, en deçà du niveau du point de prélèvement 10 précité, de manière à entraíner les résidus solides accumulés au fond de la colonne 7. Un clarificateur 45 est placé en amont de la pompe 17 pour récupérer ces résidus solides en 46, qui sont renvoyés vers l'incinérateur 3 pour y être fondus et vitrifiés. Les fumées refroidies quittent en 19 l'enceinte 6, avec la solution pulvérisée par les buses 16, pour déboucher tangentiellement dans la colonne 7 sous les buses 9.
La solution aqueuse 8 circule pour sa majeure partie en circuit fermé. Toutefois, un circuit de purge 23 permet d'effectuer par surverse des soutirages lorsque la concentration de celle-ci en métaux lourds radioactifs ou autres polluants extraits des fumées est élevée, et l'alimentation en eau recyclée 22 permet de secourir le cas échéant l'alimentation des buses 16. Cette alimentation 22, reliée d'un côté au réseau de distribution 38, se raccorde de l'autre, par l'intermédiaire d'une vanne 24, en un point 25 situé sur le circuit 23 en amont des buses 16 et isolé de la pompe 17 par un clapet anti-retour 26. Le circuit de purge 23, débouchant dans la colonne 7 au-dessus du niveau des points de prélèvement 10 et 18, permet d'effectuer des soutirages des polluants acides et des métaux lourds extraits des fumées, ainsi que le cas échéant des hydrocarbures et des matières en suspension. La buse 41 est alimentée en eau recyclée provenant du réseau d'alimentation 38 pour compenser les pertes en solution aqueuse dans la colonne 7, notamment dans le cas où les quantités soutirées sont supérieures à la quantité de vapeur d'eau, contenue dans les fumées, qui est condensée. Le fond de la colonne, pentu, est équipé d'une rampe 27, alimentée par l'intermédiaire d'une vanne 28 en air comprimé de faible pression pour agiter la solution aqueuse 8 avant le démarrage de l'installation.
Avantageusement, du fait de la basse température humide des fumées entrant dans l'unité de désulfuration 500, on obtient un bon rendement de désulfuration et une teneur résiduelle en SO2 extrêmement faible, de l'ordre de quelques ppm.
Finalement, l'invention permet d'éliminer d'une façon efficace les polluants acides, les particules solides et les métaux lourds radioactifs en minimisant la quantité de résidus solides radioactifs résultant du traitement des fumées. Bien entendu, on peut par exemple, sans sortir du cadre de la présente invention, réaliser le refroidisseur-condenseur intégralement dans la colonne 7, le premier étage de celle-ci jouant alors le même rôle que l'enceinte de refroidissement 6. On peut aussi insérer l'unité de désulfuration dans la partie haute de la colonne de pulvérisation 7, alors équipée d'un plateau de séparation des fumées et d'une solution de lavage basique. La colonne de pulvérisation 7 à contre-courant peut être remplacée par une colonne de pulvérisation à co-courant.
L'installation selon l'invention réduit en outre avantageusement les risques de transfert de pollution en évitant le rejet d'effluent liquide, grâce à l'unité de cristallisation 36 qui permet de récupérer de l'eau à recycler et au réchauffeur 300 qui permet d'éliminer les excès d'eau, sous forme de vapeur, dans l'atmosphère.
Le refroidissement rapide des fumées dans l'enceinte de refroidissement 6 permet d'éviter l'adsorption des métaux lourds radioactifs sur les particules solides et la formation de polluants organiques tels que des dioxines ou des furannes.
L'installation présente en outre un rendement élevé pour la captation des polluants tels que le mercure gazeux, du fait de la basse température de sortie des fumées du condenseur-refroidisseur, typiquement de l'ordre de 30°C.

Claims (10)

  1. Procédé d'épuration de fumées (1) issues d'un incinérateur (3) de déchets faiblement radioactifs, ces fumées contenant de la vapeur d'eau, des polluants acides, des particules solides et des métaux lourds radioactifs, le procédé comportant une étape de refroidissement des fumées et une étape de filtration des fumées, caractérisé en ce que le refroidissement des fumées s'effectue avant filtration ou collecte des particules solides, dans un refroidisseur-condenseur (6, 100 ; 6, 7) en dessous de leur point de rosée pour capter les métaux lourds radioactifs dans les condensats en même temps que les polluants acides et que des particules solubles contenues dans les fumées, en ce que les condensats sont traités pour précipiter les métaux lourds radioactifs et récupérer une solution aqueuse qui est envoyée vers une unité de cristallisation (36), afin de récupérer des sels et de l'eau, en ce que les fumées issues du refroidisseur-condenseur sont réchauffées puis envoyées dans un filtre absolu (200) apte à récupérer les particules solides avant le rejet des fumées épurées dans l'atmosphère, l'eau provenant de ladite unité de cristallisation étant recyclée dans l'installation.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement des fumées (1) s'effectue par contact avec une solution aqueuse dispersée dans une enceinte de refroidissement (6) jusqu'à une température proche de leur température de rosée, puis par contact avec un échangeur de chaleur à condensation (106) jusqu'à une température inférieure à leur température de rosée.
  3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement des fumées (1) s'effectue par contact avec une solution aqueuse dispersée dans une enceinte de refroidissement (6) jusqu'à une température proche de leur température de rosée, puis par contact direct des fumées avec une solution aqueuse dispersée dans une colonne à pulvérisation (7) et maintenue, grâce à un échangeur de chaleur (13), à une température inférieure à ladite température de rosée des fumées, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides et de particules solubles contenues dans les fumées.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fumées épurées (503), préalablement à leur rejet dans l'atmosphère, sont réchauffées par les fumées chaudes envoyées dans le filtre (200).
  5. Installation (2) d'épuration de fumées (1) issues d'un incinérateur (3) de déchets faiblement radioactifs selon le procédé de la revendication 1, ces fumées contenant de la vapeur d'eau, des polluants acides, des particules solides et des métaux lourds radioactifs, caractérisée en ce qu'elle comporte :
    un refroidisseur-condenseur (6, 100 ; 6, 7) apte à refroidir les fumées avant filtration ou collecte des particules solides à une température inférieure à leur température de rosée, de manière à capter les métaux lourds radioactifs dans les condensats en même temps que les polluants acides et que des particules solides solubles contenues dans les fumées,
    une unité de traitement (30) des condensats, apte à précipiter les métaux lourds radioactifs pour récupérer un précipitat radioactif et une solution aqueuse,
    une unité de cristallisation (36) des sels pour cristalliser des sels contenus dans ladite solution aqueuse et récupérer de l'eau à recycler dans l'installation (2),
    un réchauffeur (300) pour élever la température des fumées à leur sortie du refroidisseur-condenseur, et
    un filtre absolu (200) pour récupérer les particules solides en aval du réchauffeur avant le rejet des fumées épurées dans l'atmosphère.
  6. Installation (2) selon la revendication 5, caractérisée en ce que le refroidisseur-condenseur comprend une colonne à pulvérisation (7) dans laquelle sont envoyées les fumées, et des moyens (11,12,14,9) pour prélever une solution aqueuse à la base de la colonne et la réinjecter, après refroidissement dans un échangeur de chaleur (13), dans celle-ci au contact des fumées à une température inférieure à la température de rosée de ces dernières, de sorte que les métaux lourds radioactifs sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides et de particules solubles contenues dans les fumées.
  7. Installation (2) selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une enceinte de refroidissement (6) des fumées, traversée par ces dernières avant leur envoi dans la colonne (7), et des moyens (29) pour pulvériser dans ladite enceinte une solution aqueuse prélevée dans le fond de la colonne (7), et en ce que la solution aqueuse ainsi pulvérisée quitte l'enceinte de refroidissement avec les fumées.
  8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que la solution aqueuse pulvérisée dans ladite enceinte (6) est prélevée dans le fond de la colonne (7), en un point de prélèvement (18) situé en deçà du niveau du point de prélèvement (10) de la solution aqueuse (8) pulvérisée dans la colonne (7), et passe au travers d'un clarificateur (45) destiné à évacuer des résidus solides contenus dans les fumées.
  9. Installation (2) selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur (400) apte à réchauffer les fumées épurées avant leur rejet dans l'atmosphère par échange de chaleur avec les fumées chaudes envoyées dans le filtre (200).
  10. Installation selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte une installation de désulfuration (500) en aval du filtre (200).
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