FR3061031A1 - Procede et installation de denitrification des fumees de combustion - Google Patents

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Abstract

Procédé de dénitrification d'un effluent gazeux provenant d'un système de combustion, ledit effluent gazeux étant susceptible de contenir des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant une première étape de traitement dudit effluent gazeux avec un premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote situé en amont d'un second système de réduction (6) de la teneur en oxyde d'azote, ledit second système (6) étant un réacteur à réduction catalytique sélective, dit réacteur SCR, et ledit procédé étant caractérisé en ce que seule une première partie de l'effluent en sortie du premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote est mise en contact avec le réacteur SCR (6), une deuxième partie dudit effluent en sortie du système de réduction (11) étant détournée de manière contrôlée vers un ventilateur de tirage (7).

Description

Titulaire(s) : plifiée.
SUEZ GROUPE Société par actions simO Demande(s) d’extension :
® Mandataire(s) : CABINET ARMENGAUD AINE.
® PROCEDE ET INSTALLATION DE DENITRIFICATION DES FUMEES DE COMBUSTION.
FR 3 061 031 - A1 (57) Procédé de dénitrification d'un effluent gazeux provenant d'un système de combustion, ledit effluent gazeux étant susceptible de contenir des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant une première étape de traitement dudit effluent gazeux avec un premier système de réduction (11 ) de la teneur en oxyde d'azote situé en amont d'un second système de réduction (6) de la teneur en oxyde d'azote, ledit second système (6) étant un réacteur à réduction catalytique sélective, dit réacteur SCR, et ledit procédé étant caractérisé en ce que seule une première partie de l'effluent en sortie du premier système de réduction (11 ) de la teneur en oxyde d'azote est mise en contact avec le réacteur SCR (6), une deuxième partie dudit effluent en sortie du système de réduction (11) étant détournée de manière contrôlée vers un ventilateur de tirage (7).
Figure FR3061031A1_D0001
Figure FR3061031A1_D0002
PROCEDE ET INSTALLATION DE DENITRIFICATION DES FUMEES DE COMBUSTION
Le domaine technique de l'invention concerne le traitement des fumées industrielles et plus particulièrement la dénitrification des fumées de combustion.
La combustion de matières hydrocarbonées, quelles qu'elles soient, conduit à la production d'effluents gazeux riches en dioxyde de carbone (CO2) et en oxydes d'azote (NOx). Ces gaz obtenus par combustion font l'objet d'une surveillance particulière du fait de leurs impacts sanitaires et environnementaux, l'un étant un gaz à effet de serre et les autres étant classés polluants atmosphériques réglementés. Ainsi, les industries mettant en œuvre des incinérateurs doivent limiter leurs émissions de CO2 et de NOx pour laquelle le rejet doit être inférieur à la réglementation imposée par la Directive 2000/76/EC sur l'incinération des déchets du 4 décembre 2000 (Waste Incinération Directive) en vigueur (200 mg/Nm3), voire bien inférieur selon les permis environnementaux (80 mg/Nm3).
Plusieurs types de procédés connus permettent l'épuration des acides des fumées de combustion. Les principaux sont les suivants :
Le procédé humide est fondé sur le refroidissement iso-enthalpique des fumées pour les amener en présence d'eau à leurs conditions de saturation. Dans ces conditions, les fumées refroidies et saturées vont subir une série de traitements qui vont avoir pour effet de transférer les agents polluants de la phase gazeuse dans la phase liquide. La phase gazeuse épurée pourra être rejetée conformément à la réglementation ; la phase liquide devra être traitée soit de manière spécifique, soit par un retour en tête de station, pour autant que ce retour soit admissible.
À l'opposé du traitement humide, le procédé sec traite les fumées telles qu'elles se présentent à la sortie de l'unité de valorisation énergétique en faisant le nécessaire pour que la température soit compatible avec les technologies appliquées. Ceci suppose un système contrôlé de refroidissement qui peut être soit indirect du fait de la présence d'un échangeur, soit direct par addition d'air ambiant ou par pulvérisation d'eau.
Enfin, le système semi-humide est un système hybride entre les systèmes humide et sec tentant de conserver les avantages et de limiter les inconvénients de chacun des systèmes. Le système humide a deux inconvénients majeurs : la production d'eau qui contient des sels dissous particulièrement pénalisante quand la charge en poussières est très élevée ; la nécessité d'un traitement des purges provenant des différentes étapes de lavage. Le système sec a deux inconvénients majeurs : la nécessité de refroidir les fumées avant de rentrer dans la chaîne de traitement (ce conditionnement est particulièrement strict lorsqu'il s'agit de filtres à manches) et la surstœchiométrie réactionnelle propre au système sec qui représente un coût d'exploitation significatif.
Le système semi-humide consiste donc à faire précéder le traitement humide, c'est-à-dire les laveurs, par une tour de réaction dans laquelle on pulvérise et évapore les purges. Ce système n'est possible que si la chaleur sensible contenue dans les fumées permet de compenser l'évaporation et la surchauffe de l'eau contenue dans ces purges. Les sels de cristallisation sont récupérés en bas de cette tour ou dans le filtre à manche. Ce principe ne peut convenir qu'aux fumées peu chargées en poussières, il s'applique donc bien aux procédés de pyrolyse auquel cas, il est très économique tant en investissement qu'en frais de réactifs mais difficilement aux procédés d'incinération de type lit fluidisé.
Par ailleurs, les traitements des fumées de combustion aboutissant à la réduction des émissions des agents polluants, en particulier de NOx, peuvent être réalisés
- soit par un procédé de réduction non catalytique sélective (Sélective Non Catalytic Réduction ou SNCR) mis en œuvre par un réacteur à réduction non catalytique sélective, dit réacteur SNCR,
- soit par un procédé de réduction catalytique sélective (Sélective Catalytic Réduction ou SCR), mis en œuvre par un réacteur à réduction catalytique sélective, dit réacteur SNCR,
- soit par couplage de ces deux procédés.
La SNCR est l'une des techniques de réduction des NOx qui présente le meilleur rapport « coût-efficacité ». Elle résulte des réactions de réduction qui s'opèrent à haute température (850 à 1050°C) entre les NOx et l'ammoniac, l'urée ou l'acide cyanurique injecté dans les fumées. Les réactions d'oxydo-réduction sont les suivantes :
Réaction principale : 4 NH3 + 4 NO + O2 4 N2 + 6 H2O
Réaction secondaire : 4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O
La SNCR doit s'effectuer à des températures précises afin de privilégier la réaction principale de réduction, cette dernière étant en compétition avec la réaction secondaire d'oxydation qui est à éviter. En effet, à plus basse température trop peu de radicaux NH, actifs sont formés tandis qu'à plus haute température, d'autres réactions apparaissent qui favorisent la production de NO. D'autres paramètres peuvent intervenir dans l'optimisation de la réduction de NOx en réponse aux variations de charge au niveau du four, comme par exemple la teneur initiale en NO, le temps de séjour, la présence ou non d'additifs.
Dans des conditions tout à fait optimales, il est possible d'atteindre un taux de dénitrification de l'ordre de 90%, équivalent à celui de la SCR. Mais dans la pratique, le taux se situe généralement entre 40 et 65%.
Ce procédé non catalytique a l'avantage d'être simple à mettre en œuvre.
Cependant en cas de mauvais dosage du réducteur, de temps de séjour trop court ou de température trop basse (<300°C) alors les fumées sont plus concentrées en ammoniac, gaz dont les taux d'émission sont également contrôlés.
La SCR. est un procédé catalytique permettant de réduire les émissions des NOx. De l’urée ou de l’ammoniac, précurseur de NH,, est injecté dans les fumées en amont du réacteur SCR où se trouve le catalyseur. L’agent de réduction est pulvérisé avant d’être injecté dans les fumées. Les NOx sont ensuite réduits par le réactif injecté pour former de l’azote moléculaire (N2) et de l’eau (H2O) à la surface du catalyseur selon les réactions chimiques suivantes.
En utilisant de l’ammoniac comme agent réducteur :
NH3 + 4 NO + O2 4 N2 + 6 H2O
NH3 + 6 NO2 7 N2 + 12 H2O
En utilisant de l’urée comme agent réducteur :
(NH2)2CO + 4 NO + O2 + 2 H2O 4 N2 + 6 H2O + CO2 (NH2)2CO + 6 NO2 + 2 H2O 7 N2 + 12 H2O + 4 CO2
La SCR se caractérise par un taux de réduction élevé, souvent supérieur à 90%, pour un dosage d'ammoniac proche de la stœchiométrie, limitant les risques de fuites. La température opératoire, très largement comprise entre 170°C et plus de 540°C, est généralement optimale entre 300°C et 400°C. Les pertes d'ammoniac sont le plus souvent négligeables une fois l'installation optimisée. La durée de vie du catalyseur dépend en grande partie de la composition du combustible et varie avec la quantité de « poisons » (métaux lourds ou autres) qu'il contient. Il est cependant facile de remplacer un catalyseur parvenu en fin de vie mais le coût pour un tel remplacement est très élevé. En outre, un entretien régulier est également nécessaire pour éviter l'encrassement des catalyseurs qui finissent par se désactiver et il devient nécessaire de les changer. Ce procédé présente l'avantage d'opérer à basse température mais les dépenses d'exploitation sont très importantes.
Autrement dit, la SCR permet d’abattre de grandes quantités de NOx, mais au prix d’inconvénients économiques et environnementaux majeurs, tandis que la SNCR, plus économique, ne permet pas d’atteindre un rendement d’élimination des oxydes d’azote aussi élevé que la SCR.
Les unités de valorisation énergétique des déchets (Energy From Waste ou EfW) sont souvent équipées de réacteurs de dénitrification catalytique des fumées de combustion (SCR) pour atteindre un seuil de rejet inférieur à 80 mg/Nm3 de NOx. Ces réacteurs et ses périphériques représentent, la plupart du temps, un goulot d'étranglement au sein de l'installation nécessitant soit de limiter la charge du four en dessous de sa capacité nominale, soit de ne pouvoir l'augmenter lorsque le gisement des déchets le permet, ce qui représente une perte de charge importante.
D'autre part, la perte de charge du catalyseur et de ses équipements associés, notamment de l'échangeur croisé dans le cas d'un traitement des fumées humide, est élevée représentant un second goulot d'étranglement pour le ventilateur de tirage.
Par ailleurs le remplacement de ces équipements SCR. + échangeur est coûteux et il est difficile d'augmenter leur taille du fait d'un encombrement important.
Ainsi, du fait des avantages quant à la réduction des NOx et les coûts élevés d'exploitation de la SCR, de nombreux procédés de dénitrification de fumées de combustion prévoient le couplage des procédés SCR et SNCR.
Ainsi, le brevet US 5 853 683 et la demande de brevet CN 102716665 décrivent des procédés de réduction du taux de NOx dans les fumées de combustion dans lesquels une SNCR est placée en amont d'une SCR. Ce passage préalable dans une SNCR permet de diminuer l'encrassement de la SCR dû à une forte teneur en polluants tels que les NOx et de limiter les dépenses d'exploitation. En outre, le couplage d'une SNCR préalable à une SCR optimise la capacité réductrice des NOx de la SCR, ce qui est particulièrement utile pour le traitement de fumées dont le taux de NOx est élevé.
Cependant ces systèmes ne permettent ni de satisfaire à la réglementation en matière de rejet qui est très stricte et exige un seuil de rejet de NOx inférieur à 80 mg/Nm3, ni de satisfaire le seuil de rejet maximal de NH3 dans les fumées assujetti à l'excès de réactif de la SNCR.
Par conséquent il existe un besoin de fournir un procédé d'optimisation de la dénitrification des fumées de combustion sans apporter de modification des caractéristiques d'un réacteur catalytique (SCR) existante et permettant de libérer le goulot d'étranglement des fumées.
Un des buts de la présente invention est donc de fournir un procédé de dénitrification d'un effluent gazeux provenant d'un système de combustion, ledit effluent gazeux étant susceptible de contenir des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant une première étape de traitement dudit effluent gazeux avec un premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote situé en amont d'un second système de réduction de la teneur en oxyde d'azote qui est un réacteur à réduction catalytique sélective, dit réacteur SCR, et ledit procédé étant caractérisé en ce que seule une première partie de l'effluent en sortie du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote est mise en contact avec le réacteur SCR, une deuxième partie dudit effluent en sortie du système de réduction étant détournée de manière contrôlée vers un ventilateur de tirage.
Dans le cadre de la présente invention, on considère que les termes « effluent gazeux » et « fumées de combustion » sont synonymes.
L'étape de mise en contact avec deux systèmes de réduction de la teneur en oxyde d'azote selon l'invention a pour avantage de limiter l'usage du second réacteur SCR. limitant ainsi les dépenses d'exploitation et de maintenance.
En outre, le détournement contrôlé d'une partie de l'effluent en sortie du système de réduction permet de façon tout à fait surprenante d'optimiser la charge du four de combustion par la réduction significative de la perte de pression statique du débit d'effluent gazeux à l'aspiration du ventilateur de tirage.
Le premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote peut être situé au-dessus du foyer du système de combustion.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé comprend une deuxième étape de définition du débit de la deuxième partie de l'effluent au moyen de la mesure de la teneur en oxydes d'azote de l'effluent à la sortie du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote.
Conformément à l'invention, cette deuxième étape de définition du débit de la deuxième partie de l'effluent est réalisée par la mise en œuvre de moyens de mesure qui permettent de contrôler le degré d'ouverture des moyens pour détourner la deuxième partie des effluents de sorte que le taux d'abattement en oxydes d'azote soit d'au moins 30%, et de préférence d'au moins 50%, par rapport à la teneur initiale mesurée à l'entrée du réacteur SNCR.
Pour ce faire, les moyens de mesures sont reliés à une unité de calcul pour la définition du débit de la deuxième partie de l'effluent, laquelle interagit directement ou indirectement sur les moyens pour détourner la deuxième partie des effluents pour permettre d'obtenir un taux d'abattement en oxydes d'azote en adéquation avec les réglementations en vigueur.
Conformément à l'invention, on entend par « moyens de mesures » tout moyen, connu de l'Homme du métier, apte à mesurer la teneur en oxydes d'azote, voire d'autres gaz acides, tel qu'un capteur et/ou analyseur.
Conformément à l'invention, on entend par « moyens pour détourner » tout moyen, connu de l'Homme du métier, permettant à l'unité de calcul de moduler la quantité d'effluent à détourner, comme par exemple un registre motorisé ou une vanne.
L'adaptation du débit d'effluent gazeux détourné en fonction de la mesure de la teneur en NOx limite l'effet « goulot d'étranglement » habituellement observé peu avant la sortie de cheminée, en particulier au niveau du ventilateur de tirage. Ainsi, l'émission des taux de NOx en sortie de cheminée est stabilisée et la charge du four de combustion peut être optimisée.
Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une troisième étape d'analyse des effluents ayant traversé le réacteur SCR., et ayant traversé le cas échéant la zone de réduction au-dessus du foyer, et de mesure de la teneur en oxydes d'azote desdits effluents.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la quantité de la deuxième partie d'effluent détournée en amont de la SNCR est comprise entre 10 à 50%, de préférence 10 à 30%, de la quantité d'effluent sortant du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote.
Dans un mode de réalisation particulier, la quantité de la deuxième partie d'effluent peut être contrôlée notamment par un moyen de commande utilisant comme paramètre de commande la mesure de la teneur en oxyde d'azote desdits effluents.
Le procédé selon l'invention, et ce, quelle que soit la combinaison prise en considération, permet l'obtention d'un taux d'abattement en oxydes d'azote en sortie du réacteur SNCR d'au moins 30%, et de préférence d'au moins 50%, par rapport à la teneur initiale mesurée à l'entrée du réacteur SNCR en oxydes d'azotes.
De ce fait, ledit procédé est apte à faire face à la variabilité des réglementations en matière de rejet d'oxydes d'azotes tout en garantissant un coût de dépense d'exploitation (OPEX) relativement faible.
Un autre aspect de l'invention porte sur une installation pour la mise en œuvre du procédé de dénitrification d'effluent gazeux provenant d'un système de combustion selon l'invention, comprenant dans un sens d'écoulement de l'effluent :
a. un premier système de réduction pouvant être au-dessus du foyer de la teneur en oxyde d'azote,
b. un second système de réduction de la teneur en oxyde d'azote qui est un réacteur SCR en aval,
c. des moyens d'amenée de l'effluent du premier système au second système,
d. des moyens pour détourner une deuxième partie des effluents à la sortie du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote vers un ventilateur de tirage,
e. des moyens de mesure de la teneur en oxydes d'azote de l'effluent à la sortie du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote.
En particulier, lesdits moyens pour détourner la deuxième partie des effluents sont contrôlés par lesdits moyens de mesure en fonction des teneurs en oxydes d'azote mesurées en sortie dudit premier système de réduction.
En effet, les moyens de mesure des teneurs en oxydes d'azote en sortie du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote permettent de contrôler le degré d'ouverture des moyens pour détourner la deuxième partie des effluents de sorte que le taux d'abattement en oxydes d'azote soit d'au moins 30%, et de préférence d'au moins 50%, par rapport à la teneur initiale mesurée à l'entrée du réacteur SNCR.. Pour ce faire, les moyens de mesures sont reliés à une unité de calcul, laquelle interagit directement ou indirectement sur les moyens pour détourner la deuxième partie des effluents pour permettre d'obtenir un taux d'abattement en oxydes d'azote en adéquation avec les réglementations en vigueur.
Conformément à l'invention, on entend par « moyens de mesures » tout moyen, connu de l'Homme du métier, apte à mesurer la teneur en oxydes d'azote, voire d'autres gaz acides, tel qu'un capteur et/ou analyseur.
Conformément à l'invention, on entend par « moyens pour détourner » tout moyen, connu de l'Homme du métier, permettant à l'unité de calcul de moduler la quantité d'effluent à détourner, comme par exemple un registre motorisé ou une vanne.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention les moyens pour détourner la deuxième partie d'effluent sont adaptés pour détourner une quantité de la deuxième partie d'effluent comprise entre 10 à 50%, de préférence entre 10 à 30%, de la quantité d'effluent en sortie du premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le premier système de réduction de la teneur en oxyde d'azote est un système thermique de réduction de la teneur en NOx, et peut notamment être une combustion étagée ou « overfire », un moyen de vapogazéification avec apport d'eau, ou un réacteur de réduction non catalytique sélective, dit réacteur SNCR.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par « combustion étagée » ou « overfire » toute combustion étagée telle que pratiquée sur les fours à grilles, c'est-à-dire toute combustion comprenant au moins deux étapes réactionnelles distinctes où la première étape de combustion est réductrice à une température relativement basse (environ 1000°C) suivie d'une deuxième étape d'oxydation étagée du CO à plus haute température (>1150°C).
Dans le cadre de la présente invention, on entend par « vapogazéification avec apport de vapeur d'eau » ou « vapogazéification », tout système reposant sur le principe d'une alimentation en vapeur d'eau et en air comburant.
Lorsque ledit premier système est un « overfire » ou une vapogazéification, il présente l'avantage de réduire la température du foyer de combustion ce qui est favorable à la limitation de la formation des NOx.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée d’un mode de mise en œuvre ainsi que des figures sans toutefois s'y limiter.
La Figure 1 est un schéma qui illustre un exemple d'installation de dénitrification et d'un système de combustion connue de l'état de la technique.
La Figure 2 est un schéma qui illustre un exemple d'installation de dénitrification et d'un système de combustion selon un mode de réalisation de l'invention.
La numérotation des différents éléments des installations sont identiques pour les deux figures.
L'installation de la Figure 1 comprend un four d'incinération des déchets (1) et une chaudière (8)
Les effluents gazeux, en sortie de la chaudière (8) dont la température avoisine 200°C, passent dans un dépoussiéreur électrostatique (2) où un courant électrostatique attire les poussières contenues dans les fumées permettant de limiter les impacts sanitaires, et en particulier les nuisances au système respiratoire dues à ces poussières.
Une fois les fumées débarrassées des poussières des fumées, les effluents gazeux circulent au travers d'un désaturateur (3). Le désaturateur (3) est un premier échangeur croisé. Après le premier passage des effluents au travers du désaturateur, les fumées sont amenées vers un laveur (4) avant de circuler à nouveau au travers du désaturateur (3) au cours d'un deuxième passage.
Le laveur (4) refroidit les effluents gazeux à environ 60°C pour neutraliser l'ensemble des gaz actifs, tels que le SO2, le S2 et le Cl. Les effluents gazeux ainsi lavés sont ensuite réchauffés à environ 126°C lors de leur deuxième passage dans le désaturateur (3).
En sortie du désaturateur, les effluents sont acheminés à un second échangeur croisé (5) d'où ils sont dirigés vers un réacteur de réduction catalytique (6) puis vers second échangeur puis vers le ventilateur de tirage (7). Le laveur a pour effet de neutraliser les gaz acides.
L'installation de la Figure 2 comprend un réacteur de réduction non catalytique (11) en tant que premier système de réduction. Ce réacteur SNCR. est situé entre un four d'incinération (1) des déchets et une chaudière (8).
La SNCR est composée d'au moins un niveau d'injection d'ammonium, de préférence de trois niveaux d'injection d'ammonium, afin de limiter d'au moins
60% la formation de NOx au sein des effluents gazeux.
Puis, les effluents gazeux, dont la température avoisine 220°C, passent dans le dépoussiéreur électrostatique (2) où un courant électrostatique attire les poussières contenues dans les fumées permettant de limiter les impacts sanitaires, et en particulier les nuisances au système respiratoire dues à ces poussières.
Une fois les fumées débarrassées des poussières , les effluents gazeux circulent au travers d'un désaturateur (3) d'où les fumées sont amenées vers un laveur (4) avant de circuler à nouveau au travers du désaturateur (3) pour qu'une première partie des effluents soit finalement acheminée à l'échangeur croisé (5) et une deuxième partie soit contournée vers le ventilateur de tirage (7) au moyen d'une vanne ou registre motorisé qui sépare le flux d'effluent en une première partie et une deuxième partie. Cette circulation des effluents gazeux est permise grâce à l'organisation croisée des courants au sein du désaturateur (3). Les effluents gazeux entrant dans le désaturateur (3) ont une température proche de 210°C et sont refroidis à environ 140°C lors de leur premier passage.
Le laveur (4) refroidit les effluents gazeux à environ 60°C pour neutraliser l'ensemble des gaz actifs, tels que le SO2, le S2 et le Cl. Les effluents gazeux ainsi lavés sont ensuite réchauffés à environ 126°C lors de leur deuxième passage dans le désaturateur (3) avant qu'une première partie soit acheminée vers l'échangeur croisé (5) et qu'une deuxième partie soit détournée vers le ventilateur de tirage (7).
De même que lors du passage dans le désaturateur (3), les effluents gazeux en sortie du désaturateur (3) passent une première fois au travers de l'échangeur croisé (5) où ils y sont réchauffés à 220°C avant d'être acheminés au second système de réduction (6), celui-ci étant un réacteur de réduction catalytique (SCR.). Le réacteur SCR (6) permet de limiter d'environ 61% la formation de NOx dans les fumées de combustion. Les effluents gazeux en sortie du réacteur (6) ont été réchauffés à 240°C pour être refroidis à 140°C lors de leur deuxième passage dans l'échangeur croisé (5) avant d'être amenés au niveau du ventilateur de tirage (7) par lequel les effluents gazeux seront libérés dans l'atmosphère.
L'installation de la figure 2 comprend un réacteur SNCR (11) assure un traitement préliminaire des fumées pour atteindre une valeur voisine de 180 mg/Nm3 sur la totalité du flux des fumées en sortie de chaudière et le réacteur SCR (6) assure la finition sur 75% du flux avec un rejet ajusté pour atteindre la valeur globale maximum de rejet.
Par conséquent, l'ajout d'un réacteur SNCR (11) soulage d'environ 25% la charge de l'échangeur croisé (5) et du réacteur SCR (6) limitant ainsi l'impact énergétique des différents goulots d'étranglement sur le traitement des fumées de combustion et permettant d'obtenir une marge de fonctionnement d'exploitation significative. L'objectif étant de stabiliser la charge de la chaudière à la marche nominale (MN) pendant 8000 h/an.
Les résultats comparatifs obtenus avec des installations comprenant soit un réacteur SCR. seul, soit un réacteur SCR combiné avec un réacteur SNCR lequel peut être combiné à un échangeur sont représentés dans le Tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 - Tableau comparatif des différentes données relatives à des installations comprenant un réacteur SCR seul ou combiné avec un réacteur SNCR lequel peut être combiné à un échangeur.
Unités SCR SNCR + SCR SNCR + SCR échangeur
Débit de fumées sortie chaudières (hors recyclage) Nm3/h 80 000 80 000 80 000
Taux de NOx sortie chaudière mg/Nm3 400 180 180
Flux de NOx sortie chaudière kg/h 32 14,4 14,4
Débit de fumées sortie TF Nm3/h 92 000 92 000 92 000
Débit de fumées en contournement SCR Nm3/h O 20 OOO 20 OOO
Flux de NOx contourné / SCR kg/h 0 3,6 3,6
Débit entrant dans l'échangeur croisé SCR Nm3/h 92 000 72 000 72 000
SCR
Température entrée °C 225 225 225
Température sortie °C 240 240 240
Masse volumique fumées entrée kg/Nm3 1,25 1,25 1,25
Chaleur spécifique W/°.kg 0,32 0,32 0,32
Puissance thermique des brûleurs gaz kWth 552 432 0
Pouvoir fumigène Nm3/kWth 1,45 1,45 1,45
Débit de fumées de combustion gaz Nm3/h 800 626 0
Taux de NOx brûleurs gaz mg/Nm3 800 800 800
Flux de NOx additionnel des brûleurs gaz kg/h 0,64 0,5 0
Flux de NOx du contournement kg/h 0 3,6 3,6
Débit sortant de la SCR Nm3/h 92 800 72 626 72 000
Flux de NOx entrant dans la SCR kg/h 32,64 11,3 10,8
Taux de NOx entrant SCR mg/Nm3 352 156 150
Taux de NOx sortie SCR mg/Nm3 75 45 45
Abattement de NOx mg/Nm3 277 111 105
Efficacité de dénitrification 69% 61% 58%
Rejet de NOx de la SCR kg/h 6,96 3,27 3,24
Rejet de NOx contourné kg/h 0 3,6 3,6
Rejet total de NOx kg/h 6,96 6,87 6,84
Débit de fumées sortie de cheminée Nm3/h 92 800 92 626 92 000
Concentration NOx en sortie cheminée mg/Nm3 75 74,1 74,3
Nombre d'heures à la MN h/an 7 600 7 600 7 600
Impact sur le ventilateur de tirage
Perte de charge de l'échangeur Pa 3 OOO 1 837 1 837
Masse volumique à température kg/m3 0,67 0,67 0,67
Débit volumique de fumées m3/h 174 383 136 474 135 297
m3/s 48,4 37,9 37,6
Rendement ventilateur de tirage 82% 82% 82%
Rendement moteur de tirage 92% 92% 92%
Puissance électrique du moteur kWe 193 92 92
Réduction de consommation électrique annuelle MWhe/an 762 768
Valorisation du kWhe €/MWhe 30 30
Gain annuel sur l'exportation électrique €/an 22 868 23 049
Impact sur la consommation de gaz
Consommation annuelle MWhth/an 4 195 3 283 0
Réduction de consommation annuelle MWhth/an 912 4 195
Valorisation du kWhth gaz €/MWhth 30 30
Gain annuel sur l'achat électrique €/an 27 360 125 856
En outre, l'installation telle que décrite à la Figure 2 présente les avantages suivants :
- diminution de la perte de charge de l'échangeur croisé (5) de 40%,
- diminution de la consommation électrique du ventilateur de tirage à 100 kWe,
- rétablissement d'un excès d'air acceptable avec 7% de taux d'O2,
- possibilité d'augmenter le débit global des fumées en cas de besoin (pouvoir calorifique inférieur, ou PCI, faible dû à la forte humidité des déchets),
- diminution de la formation de sulfate d'ammonium dans le réacteur SCR. (6), et
- rendement amélioré.
Les résultats obtenus sont dus à une régulation pilotée de la dénitrification au niveau du réacteur SNCR afin d'obtenir une réduction optimale des rejets en sortie chaudière et également de limiter les excès de réactif sous forme NH3.
La régulation du réacteur SCR se fera de sorte que le mélange du flux en provenance du réacteur SCR et le flux détourné permettent d'atteindre le seuil réglementaire garanti.
Le réglage du débit de contournement de la SCR sera établi selon l'efficacité de la SCR ; plus l'efficacité sera élevée plus il sera possible de la contourner et inversement. Ceci permettra d'une part d'augmenter la charge du four et également de réduire la consommation électrique du ventilateur de tirage, car la perte de charge des catalyseurs sera significativement réduite.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de dénitrification d'un effluent gazeux provenant d'un système de combustion, ledit effluent gazeux étant susceptible de contenir des oxydes d'azote, ledit procédé comprenant une première étape de traitement dudit effluent gazeux avec un premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote situé en amont d'un second système de réduction (6) de la teneur en oxyde d'azote, ledit second système (6) étant un réacteur à réduction catalytique sélective, dit réacteur SCR., et ledit procédé étant caractérisé en ce que seule une première partie de l'effluent en sortie du premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote est mise en contact avec le réacteur SCR (6), une deuxième partie dudit effluent en sortie du système de réduction (11) étant détournée de manière contrôlée vers un ventilateur de tirage (7).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième étape de définition du débit de la deuxième partie de l'effluent au moyen de la mesure de la teneur en oxydes d'azote de l'effluent à la sortie du premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote.
  3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre une troisième étape d'analyse des effluents ayant traversé le réacteur SCR (6) et de mesure de la teneur en oxydes d'azote desdits effluents.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la quantité de la deuxième partie d'effluent détournée est comprise entre 10 à 50%, de préférence 10 à 30%, de la quantité d'effluent sortant du premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote.
  5. 5. Installation de dénitrification pour la mise en œuvre du procédé selon les revendications 1 à 4, comprenant dans un sens d'écoulement de l'effluent :
    a. un premier système (11) de réduction de la teneur en oxyde d'azote,
    b. un second système (6) de réduction de la teneur en oxyde d'azote qui est un réacteur SCR en aval,
    c. des moyens d'amenée de l'effluent gazeux du premier système (11) au second système (6),
    d. des moyens pour détourner une deuxième partie des effluents à la sortie du premier système (11) de réduction de la teneur en oxyde d'azote vers un ventilateur de tirage (7),
    e. des moyens de mesure de la teneur en oxydes d'azote de l'effluent
    5 à la sortie du premier système (11) de réduction de la teneur en oxyde d'azote.
  6. 6. Installation selon la revendication 5 caractérisée en ce que lesdits moyens pour détourner la deuxième partie des effluents sont contrôlés par lesdits
    10 moyens de mesure en fonction des teneurs en oxydes d'azote mesurées en sortie dudit premier système de réduction (11).
  7. 7. Installation selon la revendication 5 ou 6 caractérisée en ce que le premier système de réduction (11) de la teneur en oxyde d'azote est soit une
    15 combustion étagée, soit un moyen de vapogazéification avec apport d'eau, soit un réacteur de réduction non catalytique sélective, dit SNCR.
    î/i
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