FR2977928A1 - Incinerateur de dechets tres energetiques - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un incinérateur de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, comprenant : - une unité (10) de combustion de déchets, ladite unité comprenant : o un foyer (11) de combustion comprenant au moins un bruleur (12), o une chambre adiabatique (13) de maintien en température des produits de combustion, - un circuit (100) d'évacuation des fumées de combustion, - des moyens (40) de traitement des fumées disposés sur le circuit (100) d'évacuation des fumées, - des moyens (20) de valorisation de chaleur en prise avec ledit circuit (100) d'évacuation des fumées entre l'unité (10) de combustion de déchets et les moyens (40) de traitement des fumées, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (30) de recyclage de fumées réinjectant dans l'unité (10) de combustion au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens (20) de valorisation de chaleur. La présente invention concerne également deux procédés d'incinération.
Description
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne le domaine des incinérateurs de déchets.
ETAT DE L'ART
La gestion des déchets issus des activités humaines fait l'objet de règlementations. Les déchets sont collectés, et s'ils ne peuvent être recyclés ils sont selon les cas mis en décharge ou détruits par incinération, c'est-à-dire par une combustion aussi complète que possible, l'énergie libérée étant valorisable. Les directives européennes n °94/67/CE puis n°2000/76/CE encadrent de façon très stricte en particulier sur le plan environnemental les installations spécifiques dénommées « incinérateurs » qui réalisent cette fonction d'incinération. Outre des valeurs limites d'émissions atmosphériques très basses en poussières, chlorures, etc., il est imposé que l'exploitant garantisse que les produits de combustion restent plus d'un certain temps à haute température, afin de garantir la parfaite dégradation des molécules introduites. En Europe, le temps est de 2 secondes à une température supérieure à 850 ou 1 100°C selon la teneur (moins ou plus de 1 %) en composés halogénés (Chlore, Brome...) dans les déchets.
Cette contrainte fait que les incinérateurs actuels ont une unité de combustion composée : - d'un foyer où la combustion a lieu, avec différents technologies et géométries selon les déchets : grilles, lits fluidisés, brûleurs, etc. - d'une chambre adiabatique, où les fumées transitent sans perdre d'énergie, afin de garantir leur température minimale durant les deux secondes règlementaires. 1 Les fumées possèdent alors un haut pouvoir énergétique à ces températures, que l'on doit valoriser (ceci est également imposé par les directives).
Mais l'obligation d'un traitement poussé de ces fumées avant rejet dans l'atmosphère (élimination des composés acides dans les fumées, des poussières, etc.) complique la récupération de cette énergie, du fait de la multitude des contraintes (certains traitements doivent être effectués à basse température, d'autres à température plus élevée).
Le plus simple est d'utiliser des échangeurs (appelés « chaudières »), permettant de récupérer cette chaleur en la transmettant par exemple à de l'eau, qui se vaporise et permet de produire de l'énergie électrique en étant turbinée. La production de vapeur permet de récupérer l'essentiel de cette énergie, du fait que l'on apporte à l'incinérateur de l'eau liquide de température inférieure à 100°C. Les fumées sortent de l'échangeur puis de la cheminée à 150 - 200°C, d'où des rendements énergétiques (énergie valorisée / énergie des déchets) supérieurs à 80 %. Alternativement à la production d'électricité, qui nécessite des installations spécifiques et onéreuses (turbines...), l'incinérateur peut alimenter en chaleur certains process industriels mis en oeuvre dans des usines voisines. Ces process sont utilisateurs de fluides caloporteurs tels des huiles, qui doivent être remontés à 250 - 350°C, alors qu'ils arrivent à la chaudière à 200 - 300°C environ. Dans ces cas la chaudière assure généralement une remontée en température de l'huile de 20 à 50°C. Les fumées présentent alors encore une température élevée à la sortie de la chaudière à huile (250 / 400°C) qu'il serait intéressant de valoriser.
Une méthode connue consiste à préchauffer l'air de combustion (en d'autres termes l'air frais chargé en oxygène) au moyen d'un échangeur air / fumées.
Cette technique est pratique mais trouve ses limites dans certains cas où l'incinérateur peut être amené à recevoir des déchets très énergétiques. En effet certains déchets (souvent d'origine industrielle) ont un fort pouvoir calorifique (Pouvoir Calorifique Inférieur, « PCI ») qui peut aller de 6 000 à 12 000 kWh/Tonne. Par comparaison, les déchets ménagers usuels ont des contenus énergétiques de 1000 à 3000 kWh/T, le bois a un contenu énergétique de 2500 à 5000 kWh/T selon sa teneur en humidité (bois vert ou très sec), et le fuel est à 11 000 - 12 000 kWh/T. L'utilisation de déchets très énergétiques mène en effet à un problème inédit qui est que la température dans la chambre adiabatique peut devenir anormalement élevée et dépasser nettement les valeurs réglementaires. Cela entraine des problèmes de tenue des réfractaires et de la chaudière soumis à des gaz corrosifs, de formation de NOx qui se produisent à haute température (NOx dits « thermiques »), lesquels génèrent des coûts d'investissement (réfractaires onéreux) et d'exploitation (produits d'élimination des NOx).
Afin d'éviter ce phénomène, la solution habituelle est d'utiliser un large excès d'air dans la chambre de combustion. Cet air froid sert à empêcher les fumées de monter trop haut en température. Mais alors les volumes de fumées à traiter sont augmentés d'autant, menant à des coûts d'investissement élevés. D'autre part cela va à l'encontre de l'idée de récupération de l'énergie dans les fumées, puisque les pertes thermiques à la cheminée - proportionnelles au débit de fumées - sont d'autant augmentées. Il est en outre connu que l'on a des rendements énergétiques de combustion d'autant plus intéressants que l'on réduit « l'excès d'air ». L'excès d'air se traduit par la présence d'oxygène résiduel dans les fumées, alors qu'à la stoechiométrie et dans une combustion parfaite le taux résiduel d'oxygène devrait être de zéro. Dans la réalité, afin d'éviter la présence d'imbrûlés, et en particulier de monoxyde de carbone (CO), on vise une teneur en oxygène résiduel dans les fumées qui dépend de la forme physique du combustible et de la facilité correspondante à contrôler sa combustion : - de 1 à 5 % de dioxygène pour du gaz - de 2 à 7 % pour des liquides - de 5 à 12 % pour des solides (bois, charbon, déchets ménagers, etc.) Plus le brûleur est de taille importante, plus on peut utiliser des dispositifs spécifiques qui permettent de baisser cette teneur en oxygène résiduel (asservissement de l'air de combustion sur une sonde à oxygène, ou sur la mesure du monoxyde de carbone, etc.), moyennant un investissement supplémentaire. Par comparaison, lorsque l'on utilise un large excès d'air dans la chambre de combustion comme expliqué précédemment, la teneur en oxygène résiduel peut être de 15%.
Pour toutes ces raisons, les incinérateurs qui sont amenés à recevoir des déchets très énergétiques (en d'autres termes les déchets présentant un PCI supérieur à 6 MWh/T), s'avèrent paradoxalement moins performants que les autres incinérateurs.
Il serait donc souhaitable de disposer d'un nouveau type d'incinérateur optimisé, adapté à la combustion de ces déchets, et permettant de forts rendements énergétiques tout en entraînant une réduction des investissements.
PRESENTATION DE L'INVENTION
Selon un premier aspect, la présente invention se rapporte donc à un incinérateur de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, comprenant : - une unité de combustion de déchets, ladite unité comprenant : o un foyer de combustion comprenant au moins un bruleur, o une chambre adiabatique de maintien en température des produits de combustion, - un circuit d'évacuation des fumées de combustion, - des moyens de traitement des fumées disposés sur le circuit d'évacuation des fumées, - des moyens de valorisation de chaleur en prise avec ledit circuit d'évacuation des fumées entre l'unité de combustion de déchets et les moyens de traitement des fumées, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de recyclage de fumées réinjectant dans l'unité de combustion au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens de valorisation de chaleur.
15 Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : - les moyens de recyclage de fumées réinjectent dans l'unité de combustion entre 30 et 65% du débit de fumées sortant des moyens de valorisation de chaleur ; - l'incinérateur comprend en outre un échangeur de chaleur mettant en 20 prise un circuit d'admission d'air dans ledit foyer de combustion et le circuit d'évacuation des fumées en aval des moyens de recyclage de fumées, et les moyens de recyclage de fumées réinjectent dans l'unité de combustion entre 45 et 70% du débit de fumées sortant des moyens de valorisation de chaleur ; 25 - la chambre adiabatique est configurée pour maintenir les produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C ; - les moyens de recyclage de fumées consistent en un circuit secondaire d'évacuation des fumées débouchant dans le foyer de combustion, le circuit 30 secondaire étant équipé de moyens de contrôle du débit ; 10 - l'au moins un bruleur est disposé sensiblement horizontalement, le circuit secondaire d'évacuation des fumées débouchant dans le foyer de combustion en vis-à-vis dudit bruleur ; - les déchets sont essentiellement à l'état liquide ; - les moyens de valorisation de chaleur consistent en un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur présentant une température d'au moins 200°C en entrée.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé d'incinération de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - combustion des déchets dans une unité de combustion, - maintien des produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, - récupération de la chaleur présente dans les fumées de combustion au niveau de moyens de valorisation de chaleur, - réinjection dans l'unité de combustion d'au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens de valorisation de chaleur, - traitement de la partie des fumées non réinjectée dans l'unité de combustion par des moyens de traitement des fumées. Un troisième aspect de l'invention concerne un autre procédé d'incinération de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - combustion des déchets dans une unité de combustion, - maintien des produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, - récupération de la chaleur présente dans les fumées de combustion au niveau de moyens de valorisation de chaleur, - traitement des fumées par des moyens de traitement des fumées - réinjection dans l'unité de combustion d'au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens de traitement des fumées, Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives, l'un ou l'autre des procédés comprend en outre une étape supplémentaire de transfert de la chaleur encore présente dans les fumées sortant des moyens de traitement des fumées à l'air alimentant la combustion des déchets au niveau d'un échangeur de chaleur.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'un incinérateur de déchets selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Principe de l'invention : le recyclage des fumées Le recyclage des fumées est une technique utilisée en combustion de biomasse (c'est-à-dire de déchets faiblement énergétiques), pour des raisons qui ne sont pas l'amélioration du rendement énergétique. En effet, la combustion de biomasse solide très sèche peut mener au niveau de la grille qui porte le bois dans le foyer à des températures ponctuelles très élevées qui génèrent un vieillissement de la grille et la vitrification des cendres (formation de mâchefers) qui sont difficiles à évacuer et très abrasifs, entre autres problèmes. Dans d'autres applications connues, le recyclage des fumées permet d'aider au démarrage de la combustion de goudrons difficiles à enflammer.
Le recyclage d'une partie des fumées (typiquement à 200°C) consiste à les extraire avant leur envoi à la cheminée et à les mélanger à l'air de combustion, généralement au niveau de l'air dit « primaire », qui est en contact direct avec le produit à brûler. Le complément d'air dit « secondaire » - physiquement au dessus du combustible introduit - est en contact avec les gaz issus de la gazéification du combustible, riches en CO, hydrogène, imbrulés, goudrons, etc. afin d'achever leur combustion.
Dans les différents cas connus, l'homme du métier limite les gaz recyclés à 25 - 30 % du débit de fumées qui traverse la chaudière. En effet, des débits trop importants peuvent entrainer des points localement « froids » et la formation de CO, résultant d'une mauvaise combustion ponctuelle.
La demanderesse a toutefois constaté que, de façon surprenante, la mise en oeuvre du recyclage des fumées dans une proportion au-delà de 30% et voire au-delà de 50% (en volume) de gaz recyclés lors de l'incinération de déchets très énergétiques s'avère non seulement possible, mais qu'elle permet en outre d'améliorer sensiblement le rendement. Ces teneurs très élevées de recyclage restent compatibles avec des teneurs en monoxyde de carbone suffisamment basses car il apparait que la combinaison des brûleurs adaptés à des déchets à fort PCI dans un foyer de combustion aux parois à des températures très élevées permet la production de flammes à haute température et une excellente combustion, même avec seulement un léger excès d'air par rapport à la stoechiométrie. La fumée chaude sans être excessivement chaude augmente de plus l'inertie thermique du mélange de produits de combustions et prévient les pics de température dans la chambre adiabatique.
Structure de l'incinérateur
En référence à la figure 1, l'invention propose un incinérateur de 30 déchets à haut PCI, ou « déchets très énergétiques » (PCI supérieur à 6 MWh/T) mettant en oeuvre le recyclage de fumées expliqué ci-avant.
On comprendra que l'incinérateur selon l'invention est un incinérateur destiné à recevoir principalement des déchets à haut PCI, mais pas exclusivement. L'incinérateur selon l'invention est bien entendu capable d'incinérer a fortiori des déchets conventionnels présentant un PCI plus faible. De façon préférée, ces déchets présentant un PCI supérieur à 6 MWh/T sont essentiellement des composés liquides (plus éventuellement une phase gazeuse), en particulier sous forme d'huiles. A titre d'exemple, on citera les huiles pyroligneuses, une sorte de goudron issu de la distillation du bois pour la production de composés tels que l'acide acétique, l'essence de térébenthine ou des terpènes. Le PCI des huiles pyroligneuses est entre 8 et 9 MWh/T.
Comme représenté à la figure 1, l'incinérateur comprend une unité 10 de combustion de déchets, ladite unité comprenant un foyer 11 de combustion comprenant au moins un bruleur 12 et une chambre adiabatique 13 de maintien en température des produits de combustion. L'unité 10 est conforme à l'état de la technique. Le bruleur 12 peut être alimenté par exemple en gaz. Il sert à lancer l'incinération, en permettant une montée en température jusqu'à ce que la réaction de combustion soit auto-entretenue. La chambre adiabatique 13 est une chambre placée en sortie du foyer 11 dans laquelle les fumées contenant les produits de combustion s'échappent. La chambre adiabatique 13 est configurée pour respecter les règlementations en vigueur, et est donc configurée pour maintenir les produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, voire 1100°C. Les fumées ayant subi ce traitement thermique (présentant alors une température autour de 900°C voire davantage) sont collectées par un circuit 100 d'évacuation des fumées de combustion. Ce circuit 100 s'étend de la sortie de l'unité 10 de combustion jusqu'à un ventilateur d'exhaure 61 et une cheminée 62 par laquelle les fumées sont rejetées (après traitement) dans l'atmosphère. La fumée circule alors dans des moyens 20 de valorisation de chaleur en prise avec ledit circuit 100 d'évacuation des fumées. Il s'agit de la « chaudière » mentionnée précédemment, dans laquelle la chaleur des fumées est transférée à un milieu à chauffer, les moyens 20 de valorisation de chaleur consistant alors en un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur. Dans un mode de réalisation avantageux, le fluide caloporteur présente une température d'au moins 200°C en entrée. Comme expliqué précédemment, il s'agit typiquement d'huiles thermiques utilisées industriellement et dont la température doit être remontée à 250 - 300°C. Il est en effet souhaitable de valoriser directement l'énergie des fumées par transfert thermique si des installations industrielles nécessitent une source de chaleur, plutôt que de produire de l'électricité et de consommer ensuite cette électricité. En outre, le chauffage de fluides caloporteur dans l'industrie est souvent obtenu par combustion de ressources fossiles, on évite ici en plus des rejets de gaz à effet de serre. On comprendra toutefois que l'invention n'est en aucune manière limitée au chauffage d'huiles thermiques. En sortie des moyens 20 de valorisation, les fumées présentent encore une température supérieure à 250°C. En aval des moyens 20 de valorisation, des moyens 40 de traitement des fumées sont disposés sur le circuit 100 d'évacuation des fumées. On comprendra en effet que les moyens 20 de valorisation doivent être situés entre l'unité 10 de combustion de déchets et les moyens 40 de traitement des fumées, car ces derniers ne pourraient résister à des températures de fumées autour de 1000°C. Les moyens 20 de valorisation permettent de refroidir les fumées avant traitement.
Plusieurs technologies de traitement des fumées d'incinération sont connues. En Europe, la « voie sèche » est préférée. Dans ce cas là, les moyens 40 de traitement des fumées piègent les polluants dans la fumée en injectant des réactifs (en particulier de la chaux spongiacale ou du bicarbonate de sodium pour neutraliser les acides, et/ou du charbon actif pour neutraliser les dioxines et furanes). Un filtre à manche récupère alors en aval les réactifs non consommés et les sels de réaction. Cette technologie permet contrairement à la « voie humide » (dans laquelle la fumée fait l'objet d'un lavage à l'aide de lait de chaux) de ne pas utiliser d'eau, de ne pas produire d'effluents liquides, et de supprimer le panache en sortie de cheminée. Les moyens 40 de traitement peuvent en outre comprendre des filtres électrostatiques piégeant les particules sensibles à l'électricité statique comme les métaux lourds.
Comme représenté sur la figure 1, l'incinérateur selon l'invention comprend en outre des moyens 30 de recyclage de fumées depuis le circuit 100 vers l'unité 10 de combustion. Les moyens 30 de recyclage prélèvent de la fumée en aval des moyens 20 de valorisation, mais ce peut être en amont des moyens 40 de traitement des fumées (comme représenté), ou au contraire en aval (cas de fumées très poussiéreuses qu'il faudrait épurer avant de réintroduire dans le foyer 11). Mais de façon préférée, les moyens 30 de recyclage sont disposés entre les moyens 20 de valorisation et les moyens 40 de traitement. Ainsi, le volume de fumées à traiter est considérablement réduit. Les moyens 30 de recyclage réinjectent dans l'unité 10 de combustion au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens 20 de valorisation de chaleur. Les valeurs optimales du taux de recyclage optimal seront explicitées plus loin. Les moyens 30 de recyclage de fumées consistent avantageusement en un circuit secondaire 101 d'évacuation des fumées (issu du circuit principal 100 comme on le voit sur la figure 1) débouchant dans le foyer 11 de combustion, le circuit secondaire 101 étant équipé de moyens 31 de contrôle du débit dans le circuit secondaire 101. Les fumées sont injectées en un ou plusieurs points du foyer 11 selon les configurations possibles, de façon à permettre une homogénéisation des fumées - en température et composition - qui entrent dans la chambre adiabatique 13. Les moyens 31 de contrôle du débit consistent par exemple en un ventilateur commandé, et/ou un système d'éjecteur alimenté par l'air de combustion (circuit 51, voir plus bas), ils permettent de faire varier si nécessaire le taux de recyclage, par exemple en cas de présence de déchets avec un PCI plus ou moins élevé. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, le brûleur de déchets (dans le cas liquide ou gazeux) est disposé sensiblement horizontalement (la ou les buses étant placées sur un mur vertical, et les flammes étant envoyées dans un plan horizontal) et l'injection des fumées recyclées se fait en vis-à-vis du brûleur 12, c'est-à-dire en d'autres termes au niveau du mur opposé (également de façon sensiblement horizontale), de façon à ce que les deux jets (jet de flammes et jet de fumées) se « percutent » et que cela assure ainsi un brassage important des deux flux, et une moyennisation de la température. En effet, du fait de l'énergie importante apportée par ces produits, il est particulièrement important d'éviter à la flamme de rester trop longtemps à haute température, car par contact avec les parois ou simplement par son rayonnement elle risque de créer des points très chauds sur les réfractaires, et les dégrader.
Autres améliorations
Le recyclage d'une partie conséquente des fumées dans l'unité de combustion 10 permet de réduire d'autant l'énergie qui serait rejetée par la cheminée et donc perdue. Il serait intéressant de pouvoir quand même récupérer l'énergie de la partie des fumées qui n'est pas recyclée. C'est pourquoi l'incinérateur comprend en outre avantageusement un échangeur 50 de chaleur mettant en prise un circuit 51 d'admission d'air dans ledit foyer 11 de combustion et le circuit d'évacuation 100 des fumées en aval des moyens 30 de recyclage de fumées.
Comme expliqué précédemment, l'idée est de préchauffer l'air frais chargé en oxygène avant son introduction dans le foyer 11. En effet, puisque la fumée recyclée uniformise la température dans l'unité 10 de combustion, il n'y a plus de risque de pic anormal de température du à l'air préchauffé. Grâce à cet échangeur 50, l'air de combustion est préchauffé à plus de 200°C, et la température des fumées qui s'échappent par la cheminée 62 descend aux alentours de 150°C.
Taux de recyclage optimal
La détermination du débit de recyclage souhaitable est complexe car beaucoup de paramètres entrent en jeu : la température visée, le taux d'oxygène résiduel, les liaisons chimiques des molécules incinérées, etc.
Les travaux de la demanderesse montrent que de façon particulièrement avantageuse un taux de recyclage entre 50 et 65% du débit de fumées est optimal sur la plan énergétique dans le cas de : combustibles liquides ou gazeux de PCI supérieurs à 6 MWh/T - avec une composition chimique essentiellement en Carbone, Hydrogène, Oxygène, et une teneur en eau (H2O) inférieure à 30 % en masse, - dont la valorisation thermique de l'énergie se fait en chauffant un fluide caloporteur entrant dans les moyens 20 de valorisation à plus de 200°C et sortant à moins de 400°C, - une température de fumée entre 850 et 1100°C en sortie de la chambre adiabatique 13, - une teneur en oxygène résiduel dans les fumées modulable entre 2 et 7 %, selon l'objectif visé par l'exploitant et ses choix concernant la technologie plus ou moins sophistiquée du brûleur. 25 30 Ce résultat est intéressant car il peut aider grandement à dimensionner aisément un incinérateur susceptible de brûler des déchets variés en composition et PCI.
L'utilisation d'un préchauffage d'air à 200°C permet de gagner quelques pourcent supplémentaires d'efficacité, en autorisant une augmentation légère du taux de fumées recyclées (fourchette de taux de recyclage avantageusement entre 45 et 70 %, et optimisée entre 53 et 70% plutôt qu'entre 50 et 65%).
Procédés
Selon un deuxième et un troisième aspect, l'invention concerne deux procédés d'incinération mis en oeuvre dans un incinérateur selon le premier aspect de l'invention. Ces deux procédés se distinguent par l'ordre des étapes : dans un cas on fait le traitement des fumées après le recyclage (on n'a donc qu'une partie des fumées à traiter), et dans l'autre cas on traite avant le recyclage, ce qui fait qu'on réinjecte dans l'unité 10 de combustion de la fumée propre, exempte de poussières.
Le premier procédé d'incinération de déchets présentant un PCI supérieur à 6 MWh/T comprend des étapes de : - combustion des déchets dans l'unité 10 de combustion, - maintien des produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, - récupération de la chaleur présente dans les fumées de combustion au niveau des moyens 20 de valorisation de chaleur, - réinjection dans l'unité 10 de combustion d'au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens 20 de valorisation de chaleur, - traitement de la partie des fumées non réinjectée dans l'unité 10 de combustion par des moyens 40 de traitement des fumées. Le second procédé d'incinération de déchets présentant un PCI supérieur à 6 MWh/T, comprend des étapes de : - combustion des déchets dans une unité 10 de combustion, - maintien des produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, - récupération de la chaleur présente dans les fumées de combustion au niveau de moyens 20 de valorisation de chaleur, - traitement des fumées par des moyens 40 de traitement des fumées - réinjection dans l'unité 10 de combustion d'au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens 40 de traitement des fumées, 10 Les améliorations précédemment décrites sont pleinement applicables, en particulier le taux de recyclage optimal entre 50 et 65%. En outre les procédés comprennent avantageusement une étape supplémentaire de transfert de la chaleur encore présente dans les fumées 15 sortant des moyens de traitement des fumées à l'air alimentant la combustion des déchets au niveau de l'échangeur 50 de chaleur.
Exemples numériques d'incinération d'une tonne de déchets à haut PCI (8600 kWh/T) en une heure
Procédé selon l'art antérieur : Energie entrante = 8,6 MWh par tonne de déchets - Débit d'air neuf = 27,2 T/heure, - Oxygène résiduel dans les fumées = 13% en volumique, - Température dans la chambre adiabatique = 900°C - Fluide caloporteur : entrée dans les moyens de valorisation de chaleur à 290°C, sortie à 320°C - Température des fumées en sortie des moyens de valorisation avant traitement des fumées = 360°C - Débit de fumées entrant dans les moyens de traitement de fumées puis la cheminée = 27,2 T/heure. Energie valorisée = 5 MWh par tonne de déchets 20 25 30 - Efficacité énergétique = 59 %
Procédé selon l'invention, sans préchauffage de l'air de combustion : - Energie entrante = 8,6 MWh également par tonne - Débit d'air neuf = 13,6 T/heure, - Oxygène résiduel dans les fumées = 5% en volumique, - Température dans la chambre adiabatique = 900°C, idem - Fluide caloporteur : entrée dans les moyens de valorisation de chaleur à 290°C, sortie à 320°C, idem - Température des fumées en sortie des moyens de valorisation avant traitement des fumées = 360 °C, idem - Débit passant dans le foyer adiabatique et les moyens de valorisation = 34,4 T/heure - Débit recyclé = 20 T/heure soit 58% du total - Débit de fumées entrant dans les moyens de traitement de fumées puis la cheminée = 14,4 T/heure. - Energie valorisée = 6,3 MWh par tonne de déchets, - Efficacité énergétique = 73%
20 L'un ou l'autre des procédés selon l'invention permet alors un gain de 1,3 MWh d'énergie par tonne de déchets traitée, soit 24% sur le rendement énergétique sans investissement substantiel à réaliser. L'utilisation d'un préchauffage d'air à 200°C permet encore de gagner de 6 à 10% supplémentaires d'efficacité. 10 15
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Incinérateur de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, comprenant : - une unité (10) de combustion de déchets, ladite unité comprenant : o un foyer (11) de combustion comprenant au moins un bruleur (12), o une chambre adiabatique (13) de maintien en température des produits de combustion, - un circuit (100) d'évacuation des fumées de combustion, - des moyens (40) de traitement des fumées disposés sur le circuit (100) d'évacuation des fumées, - des moyens (20) de valorisation de chaleur en prise avec ledit circuit (100) d'évacuation des fumées entre l'unité (10) de combustion de déchets et les moyens (40) de traitement des fumées, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (30) de recyclage de fumées réinjectant dans l'unité (10) de combustion au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens (20) de valorisation de chaleur.
- 2. Incinérateur selon la revendication 1, comprenant en outre un échangeur (50) de chaleur mettant en prise un circuit (51) d'admission d'air dans ledit foyer (11) de combustion et le circuit d'évacuation (100) des fumées en aval des moyens (30) de recyclage de fumées, et dans lequel les moyens (30) de recyclage de fumées réinjectent dans l'unité de combustion entre 45 et 70% du débit de fumées sortant des moyens (20) de valorisation de chaleur.
- 3. Incinérateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens (30) de recyclage de fumées réinjectent dans l'unité de combustion entre 50 et 65% du débit de fumées sortant des moyens (20) de valorisation de chaleur.
- 4. Incinérateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la chambre adiabatique (13) est configurée pour maintenir les produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C. 10
- 5. Incinérateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens (30) de recyclage de fumées consistent en un circuit secondaire (101) d'évacuation des fumées débouchant dans le foyer (11) de combustion, le circuit secondaire (101) 15 étant équipé de moyens (31) de contrôle du débit.
- 6. Incinérateur selon la revendication 5, dans lequel l'au moins un bruleur (12) est disposé sensiblement horizontalement, le circuit secondaire (101) d'évacuation des fumées débouchant dans le foyer (11) 20 de combustion en vis-à-vis dudit bruleur (12).
- 7. Incinérateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les déchets sont essentiellement à l'état liquide.
- 8. Incinérateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens (20) de valorisation de chaleur consistent en un échangeur de chaleur dans lequel circule un fluide caloporteur présentant une température d'au moins 200°C en entrée. 25 30
- 9. Procédé d'incinération de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - combustion des déchets dans une unité (10) de combustion, - maintien des produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, - récupération de la chaleur présente dans les fumées de combustion au niveau de moyens (20) de valorisation de chaleur, - réinjection dans l'unité (10) de combustion d'au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens (20) de valorisation de chaleur, - traitement de la partie des fumées non réinjectée dans l'unité (10) de combustion par des moyens (40) de traitement des fumées.
- 10. Procédé d'incinération de déchets présentant un Pouvoir Calorifique Inférieur supérieur à 6 MWh/T, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : - combustion des déchets dans une unité (10) de combustion, - maintien des produits de combustion pendant au moins deux secondes à une température d'au moins 850°C, - récupération de la chaleur présente dans les fumées de combustion au niveau de moyens (20) de valorisation de chaleur, - traitement des fumées par des moyens (40) de traitement des fumées - réinjection dans l'unité (10) de combustion d'au moins 30% du débit de fumées sortant des moyens (40) de traitement des fumées,
- 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10 comprenant en outre une étape supplémentaire de transfert de la chaleur encore présente dans les fumées sortant des moyens (40) de traitementdes fumées à l'air alimentant la combustion des déchets au niveau d'un échangeur (50) de chaleur.
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