EP0814304A1 - Procédé d'amélioration de la qualité des mâchefers produits par une installation d'incinération de déchets et installation d'incinération pour sa mise en oevre - Google Patents

Procédé d'amélioration de la qualité des mâchefers produits par une installation d'incinération de déchets et installation d'incinération pour sa mise en oevre Download PDF

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EP0814304A1
EP0814304A1 EP97401357A EP97401357A EP0814304A1 EP 0814304 A1 EP0814304 A1 EP 0814304A1 EP 97401357 A EP97401357 A EP 97401357A EP 97401357 A EP97401357 A EP 97401357A EP 0814304 A1 EP0814304 A1 EP 0814304A1
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smoke
combustion chamber
scourer
produced
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Alstom Power Boiler SA
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GEC Alsthom Stein Industrie
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/006—General arrangement of incineration plant, e.g. flow sheets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J1/00—Removing ash, clinker, or slag from combustion chambers
    • F23J1/02—Apparatus for removing ash, clinker, or slag from ash-pits, e.g. by employing trucks or conveyors, by employing suction devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/006—Layout of treatment plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2206/00—Waste heat recuperation

Definitions

  • the present invention relates to a process for improving the quality of bottom ash produced by a waste incineration plant and to an incineration plant for its implementation.
  • It relates more precisely to a process for treating clinkers produced by an incineration plant in which the fumes leaving a combustion chamber are discharged to a smoke treatment assembly and according to which the clinkers coming from the combustion chamber are cooled in a cooling tank filled with water called a descaler.
  • An example of such an installation includes a waste incineration grid.
  • the waste is discharged into a hopper and falls into a substantially vertical well on a substantially horizontal surface where it is pushed by a pusher on an inclined combustion grate.
  • This grid is made up of alternating fixed and mobile bars provided with combustion air passage openings and the waste is burned there and progressively translated to the end of the grid where it falls into the scrubber and is cooled. They are then evacuated for recovery. As for the combustion fumes, they escape above the grate in a conduit to a smoke treatment assembly which may include a recovery boiler, a filter, a device for eliminating emissions of hydrochloric acid and / or sulfur dioxide. The smoke is then evacuated through a chimney.
  • the invention can however be applied to any waste incineration installation comprising a scourer, whatever the type of combustion chamber producing the clinkers, whether it be with a grid as previously described or in rotary kiln, fluidized bed or other.
  • the bottom ash produced by such an installation, after de-railing, consists largely of major elements such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , CaO, Na 2 O, K 2 O, MgO. These elements are most often combined with one another and form the mineral matrix of bottom ash. Inside this matrix, heavy metals such as lead, mercury, cadmium or chromium are found in traces in various forms, in particular oxides, chlorides, hydroxides, sulfates or carbonates. chemically or not bonded to the mineral matrix.
  • the contents are such that the bottom ash is classified in the intermediate category M (maturation)
  • they require a maturation treatment on the park until they have the characteristics of category V.
  • the progressive carbonation of certain elements such as lime or certain heavy metals plays an essential role in reducing the leachable fraction.
  • bottom ash is classified in category S (storage), it is stored in a controlled landfill, which represents a significant cost.
  • the bottom ash produced by waste incineration plants is most often classified in category M and sometimes in category S.
  • the soluble fraction and the lead content of the leachate are the most difficult criteria to meet to reach category V .
  • the present invention makes it possible to produce bottom ash directly recoverable from the incineration plant, by carrying out carbonation integrated into this plant, that is to say without any specific carbonation device added.
  • fumes are taken from said treatment unit and are recycled by bubbling into the water of the scourer.
  • the smoke treatment assembly comprising downstream of the combustion chamber a recovery boiler, a filter, a device for eliminating emissions of hydrochloric acid and / or sulfur dioxide and a chimney, said smoke is taken at the outlet of said elimination device.
  • said fumes can be sampled at the outlet of said filter or at the outlet of said recovery boiler.
  • the ratio of the flow rate of recycled smoke and the flow rate of smoke produced is between 2 and 15%.
  • the fumes escaping from the scourer are returned to the combustion chamber. These fumes then help reduce the formation of nitrogen oxides.
  • the invention also relates to an incineration installation for the implementation of this process, the scraper of which is equipped with means for injecting recycled smoke taken from its smoke treatment assembly.
  • Said injection means can be ramps arranged in the water of the scraper or injection nozzles arranged on the walls of the scraper.
  • a waste incineration plant In a waste incineration plant, these are discharged into a hopper 1 and fall into a substantially vertical well 2 on a substantially horizontal surface where they are pushed by a pusher 3 onto a combustion grate 4 inclined in a combustion 7.
  • This grid 4 is made up of alternating fixed and movable bars and provided with combustion air passage orifices coming from the blowing chambers. The waste is burned there and gradually translated to the end of the grid 4 where it falls into the scourer 6 and is cooled to form the bottom ash. They are then evacuated for recovery.
  • the combustion fumes escape above the grate 4 in a conduit to a smoke treatment assembly comprising in series a recovery boiler 9, a bag filter or an electrostatic deduster 10, a device for elimination of the emissions of hydrochloric acid and / or sulfur dioxide 11, for example by wet washing, and a fan 12.
  • the fumes are then evacuated by a chimney 13.
  • the filter 10 and the elimination device 11 can be integrated.
  • fumes are taken from said treatment assembly and are recycled by bubbling in the water of the scourer 6.
  • these fumes are taken at the outlet of said elimination device 11 downstream of the fan 12 by a pipe 14 using a fan 15.
  • This embodiment has the advantage of using very little fumes loaded with hydrochloric acid and sulfur dioxide and consequently the chlorine and sulphate contents in the water of the scrubber do not increase significantly compared to the prior art.
  • these fumes are sampled at the outlet of said filter 10 by a pipe 14 'or at the outlet of said recovery boiler 9 by a pipe 14 ".
  • the flow rate of recycled fumes depends in particular on the quantity of clinkers produced, on the CO 2 content in the fumes, on the chemical characteristics of the clinkers such as for example the content of lime and lead.
  • the ratio of the flow of recycled smoke and the flow of smoke produced is between 2 and 15%.
  • the fumes escaping from the scraper 6 are directly returned to the combustion chamber 7 by the well separating the latter from the scraper.
  • the scraper 6 is equipped with smoke injection means which can be ramps arranged in the water of the scraper or injection nozzles arranged on the walls of the scraper.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement des mâchefers produits par une installation d'incinération dans laquelle les fumées sortant d'une chambre de combustion (7) sont évacuées vers un ensemble de traitement de fumées et selon lequel les mâchefers issus de la chambre de combustion sont refroidis dans un bac de refroidissement rempli d'eau dit décrasseur (6). Des fumées sont prélevées dudit ensemble de traitement et sont recyclées par bullage dans l'eau du décrasseur (6). <IMAGE>

Description

  • La présente invention se rapporte à un procédé d'amélioration de la qualité des mâchefers produits par une installation d'incinération de déchets et à une installation d'incinération pour sa mise en oeuvre.
  • Elle concerne plus précisément un procédé de traitement des mâchefers produits par une installation d'incinération dans laquelle les fumées sortant d'une chambre de combustion sont évacuées vers un ensemble de traitement de fumées et selon lequel les mâchefers issus de la chambre de combustion sont refroidis dans un bac de refroidissement rempli d'eau dit décrasseur.
  • Un exemple d'une telle installation comporte une grille d'incinération des déchets.
  • Dans une telle installation, les déchets sont déversés dans une trémie et tombent dans un puits sensiblement vertical sur une surface sensiblement horizontale où ils sont poussés par un poussoir sur une grille de combustion inclinée. Cette grille est constituée de barreaux fixes et mobiles alternés et pourvus d'orifices de passage d'air de combustion et les déchets y sont brûlés et progressivement translatés jusqu'à l'extrémité de la grille où ils tombent dans le décrasseur et sont refroidis. Ils sont ensuite évacués pour leur valorisation. Les fumées de combustion quant à elles s'échappent au-dessus de la grille dans un conduit vers un ensemble de traitement de fumées pouvant comporter une chaudière de récupération, un filtre, un dispositif d'élimination des émissions d'acide chlorhydrique et/ou de dioxyde de soufre. Les fumées sont ensuite évacuées par une cheminée.
  • L'invention peut cependant être appliquée à toute installation d'incinération de déchets comportant un décrasseur, quelle que soit le type de chambre de combustion produisant les mâchefers, qu'il soit à grille comme précédemment décrit ou à four tournant, à lit fluidisé ou autre.
  • Les mâchefers produits par une telle installation, après déferraillage, sont constitués en grande partie d'éléments majeurs tels que du SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, Na2O, K2O, MgO. Ces éléments sont le plus souvent combinés entre eux et forment la matrice minérale des mâchefers. A l'intérieur de cette matrice, l'on trouve à l'état de traces des métaux lourds comme le plomb, le mercure le cadmium ou le chrome sous différentes formes notamment des oxydes, des chlorures, des hydroxydes, des sulfates ou des carbonates liés chimiquement ou non à la matrice minérale.
  • Depuis longtemps, ces mâchefers sont utilisés pour leurs qualités mécaniques en technique routière comme matériaux de sous-couche ou de remblai. Dans ce cas, il est indispensable, afin de préserver l'environnement, que l'eau de pluie n'entraîne pas par percolation les métaux lourds contenus dans les mâchefers.
  • Pour prédire le comportement des mâchefers relativement à ce phénomène, des tests de laboratoire ont été développés. En France, le test de lixiviation selon la norme NFx31.210 est utilisé par la réglementation pour fixer des seuils de teneurs dans le lixiviat permettant de définir la qualité des mâchefers selon le tableau ci-après:
    VALORISATION MATURATION STOCKAGE
    (V) (M) (S)
    IMBRULES % < 5 < 5 > 5
    FRACTION SOLUBLE < 5 < 10 > 10
    POTENTIELS POLLUANTS:
    mg/kg de mâchefer sec
    Hg < 0,2 < 0,4 > 0,4
    Pb < 10 < 50 > 50
    Cd < 1 < 2 > 2
    As < 2 < 4 > 4
    Cr6 < 1,5 < 3 > 3
    SO4 < 10000 < 15000 > 15000
    COT < 1500 < 2000 > 2000
  • Dès leur production, si les mâchefers présentent des teneurs toutes inférieures aux seuils de la catégorie V (valorisation), ils sont immédiatement valorisables.
  • Si les teneurs sont telles que les mâchefers sont classés dans la catégorie intermédiaire M (maturation), ils nécessitent un traitement de maturation sur parc jusqu'à ce qu'ils présentent les caractéristiques de la catégorie V. Lors de cette maturation sur parc, la carbonatation progressive des certains éléments comme la chaux ou de certains métaux lourds joue un rôle essentiel en réduisant la fraction lixiviable.
  • Si les mâchefers sont classés dans la catégorie S (stockage), ils sont stockés en décharge contrôlée, ce qui représente un coût important.
  • Les mâchefers produits par les installations d'incinération de déchets sont classés le plus souvent dans la catégorie M et parfois dans la catégorie S. La fraction soluble et la teneur en plomb du lixiviat sont les critères les plus difficiles à respecter pour atteindre la catégorie V.
  • La présente invention permet de produire des mâchefers directement valorisables en sortie de l'installation d'incinération, en réalisant une carbonatation intégrée à cette installation, c'est-à-dire sans dispositif de carbonatation spécifique ajouté.
  • Pour ce faire, conformément à l'invention, des fumées sont prélevées dudit ensemble de traitement et sont recyclées par bullage dans l'eau du décrasseur.
  • Il est ainsi réalisé une carbonatation accélérée des mâchefers de façon continue, sans emploi de substance chimique additionnelle. Ce traitement par bullage dans l'eau du décrasseur permet une réaction en trois phases, solide, liquide et gazeuse. Le CO2 dissout pénètre rapidement dans les pores des mâchefers et le temps de carbonatation est particulièrement court.
  • Selon un mode de réalisation préféré, l'ensemble de traitement des fumées comportant en aval de la chambre de combustion une chaudière de récupération, un filtre, un dispositif d'élimination des émissions d'acide chlorhydrique et/ou de dioxyde de soufre et une cheminée, lesdites fumées sont prélevées à la sortie dudit dispositif d'élimination.
  • En variante, lesdites fumées peuvent être prélevées à la sortie dudit filtre ou à la sortie de ladite chaudière de récupération.
  • Avantageusement, le rapport du débit de fumées recyclées et du débit de fumées produites est compris entre 2 et 15%.
  • De préférence, les fumées s'échappant du décrasseur sont renvoyées dans la chambre de combustion. Ces fumées contribuent alors à réduire la formation d'oxydes d'azote.
  • L'invention concerne également une installation d'incinération pour la mise en oeuvre de ce procédé dont le décrasseur est équipé de moyens d'injection de fumées recyclées prélevées de son ensemble de traitement des fumées.
  • Lesdits moyens d'injection peuvent être des rampes disposées dans l'eau du décrasseur ou des buses d'injection disposées sur les parois du décrasseur.
  • L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide d'une figure ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.
  • Dans une installation d'incinération de déchets, ceux-ci sont déversés dans une trémie 1 et tombent dans un puits 2 sensiblement vertical sur une surface sensiblement horizontale où ils sont poussés par un poussoir 3 sur une grille de combustion 4 inclinée dans une chambre de combustion 7. Cette grille 4 est constituée de barreaux fixes et mobiles alternés et pourvus d'orifices de passage d'air de combustion provenant des chambre de soufflage. Les déchets y sont brûlés et progressivement translatés jusqu'à l'extrémité de la grille 4 où ils tombent dans le décrasseur 6 et sont refroidis pour constituer les mâchefers. Ils sont ensuite évacués pour leur valorisation.
  • Les fumées de combustion quant à elles s'échappent au-dessus de la grille 4 dans un conduit vers un ensemble de traitement de fumées comportant en série une chaudière de récupération 9, un filtre à manches ou un dépoussiéreur électrostatique 10, un dispositif d'élimination des émissions d'acide chlorhydrique et/ou de dioxyde de soufre 11, par exemple par lavage humide, et un ventilateur 12. Les fumées sont ensuite évacuées par une cheminée 13. Dans certaines installations, le filtre 10 et le dispositif d'élimination 11 peuvent être intégrés.
  • Selon l'invention, des fumées sont prélevées dudit ensemble de traitement et sont recyclées par bullage dans l'eau du décrasseur 6.
  • De préférence, ces fumées sont prélevées à la sortie dudit dispositif d'élimination 11 en aval du ventilateur 12 par une conduite 14 à l'aide d'un ventilateur 15. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'utiliser des fumées très peu chargées en acide chlorhydrique et en dioxyde de soufre et en conséquence les teneurs en chlore et en sulfate dans l'eau du décrasseur n'augmentent pas significativement par rapport à l'art antérieur.
  • En variante, ces fumées sont prélevées à la sortie dudit filtre 10 par une conduite 14' ou à la sortie de ladite chaudière de récupération 9 par une conduite 14".
  • Le débit de fumées recyclées dépend en particulier de la quantité de mâchefers produits, de la teneur en CO2 dans les fumées, des caractéristiques chimiques des mâchefers comme par exemple la teneur en chaux et en plomb. En pratique, le rapport du débit de fumées recyclées et du débit de fumées produites est compris entre 2 et 15%.
  • Des essais réalisés sur une installation de laboratoire simulant les conditions de fonctionnement d'une installation d'incinération à grille de déchets urbains ont montré qu'avec un taux de recirculation des fumées d'environ 5%, il est possible de réduire la lixiviation du plomb d'un facteur supérieur à 10 et de réduire la fraction soluble dans une moindre mesure.
  • Dans une installation telle que décrite, les fumées s'échappant du décrasseur 6 sont directement renvoyées dans la chambre de combustion 7 par le puits séparant celle-ci du décrasseur.
  • Le décrasseur 6 est équipé de moyens d'injection de fumées qui peuvent être des rampes disposées dans l'eau du décrasseur ou des buses d'injection disposées sur les parois du décrasseur.

Claims (9)

  1. Procédé de traitement des mâchefers produits par une installation d'incinération dans laquelle les fumées sortant d'une chambre de combustion (7) sont évacuées vers un ensemble de traitement de fumées, selon lequel les mâchefers issus de la chambre de combustion sont refroidis dans un bac de refroidissement rempli d'eau dit décrasseur (6), caractérisé en ce que des fumées sont prélevées dudit ensemble de traitement et sont recyclées par bullage dans l'eau du décrasseur (6).
  2. Procédé de traitement des mâchefers produits par une installation d'incinération dont l'ensemble de traitement des fumées comporte en aval de la chambre de combustion (7) une chaudière de récupération (9), un filtre (10), un dispositif d'élimination (11) des émissions d'acide chlorhydrique et/ou de dioxyde de soufre et une cheminée selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fumées sont prélevées à la sortie dudit dispositif d'élimination (11).
  3. Procédé de traitement des mâchefers produits par une installation d'incinération dont l'ensemble de traitement des fumées comporte en aval de la chambre de combustion (7) une chaudière de récupération (9), un filtre (10) et une cheminée selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdites fumées sont prélevées à la sortie dudit filtre.
  4. Procédé de traitement des mâchefers produits par une installation d'incinération dont l'ensemble de traitement des fumées comporte en aval de la chambre de combustion (7) une chaudière de récupération (9) et une cheminée selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdites fumées sont prélevées à la sortie de ladite chaudière de récupération (9).
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport du débit de fumées recyclées et du débit de fumées produites est compris entre 2 et 15%.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fumées s'échappant du décrasseur (6) sont renvoyées dans la chambre de combustion (7).
  7. Installation d'incinération pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que son décrasseur (6) est équipé de moyens d'injection de fumées recyclées prélevées de son ensemble de traitement des fumées.
  8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'injection sont des rampes disposées dans l'eau du décrasseur.
  9. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'injection sont des buses d'injection disposées sur les parois du décrasseur.
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