WO2015056214A1 - Procede et unite de valorisation energetique de dechets - Google Patents

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WO2015056214A1
WO2015056214A1 PCT/IB2014/065371 IB2014065371W WO2015056214A1 WO 2015056214 A1 WO2015056214 A1 WO 2015056214A1 IB 2014065371 W IB2014065371 W IB 2014065371W WO 2015056214 A1 WO2015056214 A1 WO 2015056214A1
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furnace
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combustion
pci
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PCT/IB2014/065371
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Carlos PEREGRINA
Sylvain AUJARD
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Suez Environnement
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Definitions

  • the invention relates to a method of energy recovery of waste, of the kind of those which include a waste incineration step in a furnace for the production of thermal energy, a method according to which a waste gasification is carried out at high PCI. to produce gas, and this gas is injected into the furnace combustion chamber.
  • Furnaces for the implementation of these processes are designed according to the average lower heating value (average ICP) of the waste to be incinerated and according to the average flow, generally expressed in tons per hour (t / h) of waste to be treated.
  • average ICP average lower heating value
  • t / h average flow
  • a maximum flow is determined, as well as a maximum power of the oven. When operating the machine, it must be avoided that these maximum values are exceeded, which could degrade the performance of the oven.
  • the pit manager performs an empirical mix of incoming wastes to provide an "adequate mix" to the combustion furnace.
  • This "adequate mix” depends on the know-how of the manager, and can be a source of errors in some cases leading to an inadequate "mix” locating the flow / power pair of the oven outside the operating zone considered normal.
  • the operator will seek to operate the furnace by avoiding exceeding the maximum power expected in the construction. For this, if the waste has a relatively high PCI compared to what was taken into account during the design of the furnace, the regulation will limit the mass flow of waste introduced into the oven so as not to risk exceeding the power maximum; this way of operating reduces the capacity of the recovery unit which will not operate at its maximum flow so that the treatment time of a given quantity of waste will be greater.
  • the control underestimates the ICP of the waste and makes the oven work at its maximum mass flow, the maximum power of the oven may be exceeded.
  • the main purpose of the invention is to optimize the operation of an existing waste energy recovery unit by making it operate, in a controlled manner, in the vicinity of the intersection of the maximum waste stream and the maximum power of the waste. oven.
  • the invention also aims to efficiently treat the separately collected high PCI waste.
  • a method of energy recovery of waste is characterized in that:
  • the waste incinerated in the kiln is urban and / or industrial waste
  • high-level waste consists of biomass and / or wood waste, particularly wood B, and the gasification of this waste is carried out in a gasifier to produce syngas, the injection of which into the combustion chamber makes it possible to achieve a higher oven power without increasing the mass flow of waste introduced.
  • the gasifier is of the co-current type with the introduction of waste with high PCI in the upper part of the gasifier, introduction of oxidizing gasification agents, in particular air and / or oxygen (O 2 ) substantially at i-height, the output of the product gas being located in part bottom of the gasifier and being connected by at least one pipe to the furnace combustion chamber.
  • oxidizing gasification agents in particular air and / or oxygen (O 2 ) substantially at i-height
  • a gasification of waste with a PCI greater than 12 MJ / kg Preferably, a gasification of waste with a PCI greater than 12 MJ / kg.
  • the furnace is operated at maximum flow and the power of the furnace is controlled by the syngas flow so as to maintain it equal to or close to the maximum power.
  • the syngas is advantageously used as fuel. in a burner installed on a pipe of the combustion gases of the furnace, upstream of a reactor for a catalytic denitrification of the combustion gases.
  • the invention also relates to a waste energy recovery unit, for the production of thermal energy, comprising an oven for the combustion of waste, and a waste gasification with high PCI, characterized in that:
  • the oven is a furnace for the combustion of waste with relatively low PCI, in particular less than 8 MJ / kg,
  • High PCI in particular greater than 12 MJ / kg, consisting of biomass and / or wood waste, particularly wood B, to produce syngas,
  • the or each connecting line for the syngas is connected to a secondary air inlet of the furnace combustion chamber.
  • a unit in which the combustion furnace is provided to operate between a maximum power and a minimum power, with a waste stream comprised between a maximum flow and a minimum flow, the waste PCI being between a higher value and a lower value , is characterized in that a regulation is provided to adjust the flow of syngas injected into the oven and to operate the oven at its maximum power.
  • a solenoid valve can be installed on the connecting line and be controlled by the control for adjusting the flow of syngas injected into the furnace.
  • the gas generator is co-current, downflow, with feed at the top for waste high PCI, power lateral for an oxidizing gasification agent, the output of the produced syngas being located in the lower portion of the gasifier.
  • the combustor may be a grid or roller oven.
  • a unit, as defined above, comprising a catalytic denitrification installation of the furnace combustion gases, with a burner installed on a flue gas discharge pipe, upstream of a denitrification unit, is characterized in that a syngas feed line of the burner is provided between the output of the gasifier and the burner, to supply the latter in syngas when the solids treated in the gasogene can generate a syngas own.
  • Fig. 1 is a combustion diagram illustrating the operation of an oven for the combustion of waste.
  • Fig. 2 is a diagram of an energy recovery unit of waste according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic of a selective catalytic denitrification plant with a burner.
  • Fig. 1 of the drawings we can see a combustion diagram that defines the operating range of an oven for the combustion of urban and / or industrial waste.
  • the furnace power expressed in MW (megawatts) is plotted on the ordinate, while the mass flow of waste introduced into the furnace is plotted on the abscissa and is expressed in tons / hour (t / h).
  • the iso-PCI curves are therefore straight lines originating from the origin 0 and whose slope is proportional to the PCI.
  • the straight line D1 corresponds to the iso-PCI mini curve while the straight line D2 corresponds to the iso-PCI max curve, these two PCI having been taken into consideration at the time of furnace design.
  • the maximum permissible flow corresponds to a vertical line E2.
  • the maximum allowable power corresponds to a horizontal line P2.
  • the construction of the combustion diagram is made from the data on the deposit of waste to be burned, taking into account the annual capacity and the lower heating value PCI, the number of furnaces or of furnace lines, and the power of the (or) boiler (s).
  • PCI the annual capacity and the lower heating value
  • PCI the number of furnaces or of furnace lines
  • PCI the power of the (or) boiler
  • a flux m in im um E1 is a percentage of the maximum flux, in particular 50 to 60% of the maximum flux.
  • a mass overload zone Zm corresponds to a vertical band comprised between the straight line E2 of the maximum continuous permissible flow and a vertical line E3 corresponding to 1 10% of the maximum flux. Operation in this zone Zm remains acceptable but temporarily.
  • a thermal overheating zone Zt corresponds to a horizontal band between the line P2 of maximum power and a line P3 corresponding to 1 1 0% of the maximum power. Operation in this zone Zt remains acceptable, but it is preferable to avoid it.
  • the optimal operation corresponds to the point B located at the intersection of the straight line P2 of maximum power and the vertical E2 of maximum flow.
  • the PCI waste does not exceed that defined by the line D4 iso-PCI from the origin 0 and which passes by point B.
  • the operator will therefore endeavor to prepare waste mixtures corresponding to an iso-PCI line such as D5 located below D4 so as to be able to process the maximum mass flow of waste, without exceeding the power maximum permissible.
  • This straight line D5 cuts the vertical E2 at the operating point B1 which corresponds to a power lower than the maximum power.
  • the energy recovery unit comprises a gasifier 1 (FIG 2) in which high-level wastes are gasified, in particular greater than 12 MJ / kg and up to 15 MJ / kg or more, constituting a solid with high calorific value.
  • a gasifier 1 (FIG 2) in which high-level wastes are gasified, in particular greater than 12 MJ / kg and up to 15 MJ / kg or more, constituting a solid with high calorific value.
  • High-level waste consists mainly of biomass, wood waste, especially wood B, which can result from the shredding of discarded furniture.
  • the gasifier 1 can be of any type.
  • the gasifier is of the co-current type with waste introduction to
  • oxidizing gasification agents in particular air and / or oxygen (O2) is performed laterally, as symbolized by the arrow 3, substantially to halfway up.
  • agents such as carbon dioxide (CO2) and / or water (H 2 0) is also possible.
  • the outlet 4 of the gas produced by the gasifier, called syngas, is located in the lower part of the gasifier and is connected by at least one pipe 5 to the combustion chamber 6 of an oven H to incinerate urban waste W and / or industrial.
  • the gasifier 1 is generally constituted by a cylindrical metal tower having, in the lower part, triggering means 7 for starting the combustion in the gasifier.
  • the means 7 may be electrical tripping means.
  • the pipe 5 is equipped with a solenoid valve 8 controlled by a regulation R which makes it possible to adjust the flow of syngas to ensure the optimum conditions of combustion in the furnace H, which can be of any type.
  • the furnace H is a grated oven on the 9th inclined; waste W to burn are introduced in the upper part of this grid, and burn down on the grid. The ashes are removed at the bottom.
  • the primary combustion air is supplied by a fan 1 1 below the grid 9.
  • the combustion chamber 6 extends upwardly above the grid 9 and has inputs 12 for the secondary air.
  • the pipe 5 is connected to at least one secondary air inlet so that the syngas is injected at the level of this secondary air into the chamber 6, above the littering bed.
  • Natural gas or oil burners are provided in the furnace H to start the combustion to a given temperature of the gases in the chamber 6, this temperature being generally set at 850 ° C for the flue gases, also called fumes.
  • the desired temperature in particular 850 ° C
  • the gas burners were actuated to maintain this temperature.
  • the injection of syngas into the combustion chamber 6, in particular at the level of the secondary air injection makes it possible to obtain and maintain the desired combustion temperature, without it is necessary to operate burners, in the case where the ICP waste is insufficient.
  • the operating point of the furnace for a waste PCI corresponding to the line D5 iso-PCI would be at point B2 at the intersection of E3 and D5.
  • the injection of syngas would then make it possible to pass the operating point from B2 to B3 located on vertical E3 and on line P2 of maximum power of the furnace.
  • the invention ensures the transformation of a solid with high power fuel gas by gasification, ie thermochemical oxidation under conditions below the stoichiometric relationship, which is coupled to an energy recovery unit.
  • the mixture of fuels must not be made within the combustion grate or in the unloading pit, in order not to degrade the combustion diagram of the furnace envisaged during its construction, the gasification of solid waste with high PCI.
  • the gasification of solid waste with high PCI allows to feed the combustion furnace in syngas within the combustion chamber, preferably at the level of the secondary air line by using arrivals already installed on the furnaces. In this way, it is possible to add any type of solid, including other waste, in the gasifier 1, in order to comply with the standards imposed, including fumes in the combustion furnace heated to a temperature of 850 ° C for at least two seconds.
  • Fig. 3 is a schematic of a selective catalytic denitrification unit which may be provided in an energy recovery unit.
  • the combustion gases from the furnace circulate in a pipe 13 to be introduced into a catalytic reactor 14 operating at a temperature of about 230 ° C.
  • Ammonia from a reservoir 15 is injected into line 13 upstream of reactor 14 for catalytic removal of nitrogen oxides.
  • the gases exit the reactor 14 through a pipe 16 connected to the suction of a fan 17 which discharges into a discharge chimney 17a.
  • the nitrogen oxide content of the gases leaving the reactor 14 is measured by a probe 18.
  • a regulation is provided to control a valve 19 regulating the ammonia injection flow rate as a function of the NOx nitrogen oxide content. provided by the probe 18.
  • a burner 20 is installed on the pipe 13, upstream of the ammonia injection.
  • the burner 20 is provided to allow the combustion gases to be heated up to 320 ° C. before entering the reactor 14. According to the state of the art, the burner 20 is supplied with natural gas .
  • this syngas when the gasifier 1 is fed into a solid fuel capable of providing a clean syngas, that is to say not creating a risk for compliance with the thresholds imposed on gas discharges of energy recovery units, this syngas can be used as fuel by the burner 20, in order to reduce the consumption of natural gas during catalytic denitrification.
  • a pipe 21 provided with a valve 22 provides a connection between the syngas outlet of the gasifier and the fuel inlet of the burner 20. This connection is put into operation, by opening the valve 22, when the solid fuel supplied to the gasifier allows to obtain syngas clean.
  • composition of the syngas obtained as well as its PCI expressed in kWh / Nm 3 are given below.
  • the invention allows the coupling of the gasification of biomass / wood (wood waste, clean wood, biomass wood) on energy recovery units of waste:

Abstract

Procédé de valorisation énergétique de déchets, comprenant une étape d'incinération des déchets dans un four (H) pour la production d'énergie thermique; on effectue une gazéification de déchets à PCI élevé pour produire un syngas, et on injecte ce syngas dans la chambre de combustion (6) du four, de sorte que pour un même flux massique de déchets introduits dans le four, l'injection de syngas permet d'atteindre une puissance plus élevée du four sans augmenter le flux massique de déchets introduits.

Description

PROCEDE ET UNITE DE VALORISATION ENERGETIQUE DE DECHETS.
L'invention est relative à un procédé de valorisation énergétique de déchets, du genre de ceux qui comprennent une étape d'incinération des déchets dans un four pour la production d'énergie thermique, procédé selon lequel on effectue une gazéification de déchets à PCI élevé pour produire du gaz, et on injecte ce gaz dans la chambre de combustion du four.
Les fours pour la mise en œuvre de ces procédés sont conçus en fonction du pouvoir calorifique inférieur moyen (PCI moyen) des déchets à incinérer et en fonction du flux moyen, généralement exprimé en tonnes par heure (t/h) de déchets à traiter. Un flux maximum est déterminé, ainsi qu'une puissance maximale du four. Lors de la conduite de l'exploitation, il faut éviter que ces valeurs maximales soient dépassées, ce qui risquerait de dégrader les performances du four.
Pour un rendement optimal du four, il est souhaitable de traiter un flux de déchets égal au, ou voisin du, flux maximum, en produisant la puissance maximale admissible. Toutefois, la puissance développée par le four, pour un flux massique donné de déchets, dépend du PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) des déchets traités.
Or le PCI d'un mélange de déchets, d'origines diverses, est variable.
En outre les caractéristiques des déchets évoluent avec le temps, les produits consommés et leurs déchets se modifiant sur plusieurs années, selon les techniques de fabrication, et les habitudes de consommation.
Actuellement, les différentes propriétés combustibles des déchets sont gérées en amont du four de production dans une fosse de déchargement.
Le gestionnaire de la fosse effectue un mélange empirique des déchets entrant pour apporter un « mix adéquat » au four de combustion. Ce « mix adéquat » dépend du savoir-faire du gestionnaire, et peut être une source d'erreurs dans certains cas conduisant à un « mix » inadéquat situant le couple flux/puissance du four en dehors de la zone de fonctionnement considérée comme normale.
L'évolution des déchets, en particulier des déchets urbains, dans le temps, aussi bien en quantité (tonnage) qu'en pouvoir calorifique inférieur (PCI), a pour conséquence que les déchets actuels diffèrent sensiblement de ceux qui ont été considérés comme base de calcul lors de la conception, il y a quelques années, d'une unité de valorisation énergétique et de son four. On peut se retrouver avec des déchets à très haut PCI et à très bas PCI pour lesquels une simple opération de mélange empirique dans la fosse de déchargement ne suffit pas à conférer les caractéristiques souhaitées pour le mélange de déchets à introduire dans le four.
Il en résulte plusieurs inconvénients, en particulier les suivants.
En raison de l'incertitude sur le PCI des mélanges introduits dans le four, l'exploitant va chercher à exploiter le four en évitant de dépasser la puissance maximale prévue à la construction. Pour cela, si les déchets ont un PCI relativement élevé par rapport à ce qui a été pris en compte lors de la conception du four, la régulation va limiter le fl ux massique de déchets introduits dans le four pour ne pas risquer de dépasser la puissance maximale ; cette façon d'opérer réduit la capacité de l'unité de valorisation qui ne fonctionnera pas à son flux maximum de sorte que le temps de traitement d'une quantité donnée de déchets sera plus important.
Inversement, si la régulation sous-estime le PCI des déchets et fait travailler le four à son flux massique maximum, il peut y avoir dépassement de la puissance maximale du four.
Par ailleurs, les collectes sélectives de déchets se développent et certaines de ces collectes sont réservées aux déchets à PCI élevé, notamment à ceux qualifiés de bois B, c'est-à-dire provenant de meubles en bois qui ont été m is au rebut et qui peuvent avoir été déchiquetés. Ces déchets doivent également être traités, sans pour autant pouvoir être introduits dans le four considéré en raison de leur PCI élevé.
L'invention a pour but, surtout, d'optimiser le fonctionnement d'une unité de valorisation énergétique de déchets existante en la faisant fonctionner, de manière contrôlée, au voisinage de l'intersection du flux maximal de déchets et de la puissance maximale du four. L' invention vise également à traiter efficacement les déchets à PCI élevé collectés séparément.
Selon l'invention, un procédé de valorisation énergétique de déchets, du genre défini précédemment, est caractérisé en ce que :
les déchets incinérés dans le four sont des déchets urbains et/ou industriels,
les déchets à PCI élevé sont constitués par de la biomasse et/ou des déchets de bois, notamment bois B, et la gazéification de ces déchets est effectuée dans un gazogène pour produire du syngas, dont l'injection dans la chambre de combustion permet d'atteindre une puissance plus élevée du four sans augmenter le flux massique de déchets introduits.
Avantageusement, le gazogène est du type à co-courant avec introduction des déchets à PCI élevé en partie haute du gazogène, introduction d'agents oxydants de gazéification, en particulier d'air et/ou d'oxygène (O2) sensiblement à m i-hauteur, la sortie du gaz produit étant située en partie inférieure du gazogène et étant reliée par au moins une conduite à la chambre de combustion du four.
De préférence, on effectue une gazéification de déchets à PCI supérieur à 12 MJ/kg.
Selon une solution avantageuse, on fait fonctionner le four au flux maximal et on contrôle, par le débit de syngas, la puissance du four de manière à la maintenir égale ou voisine de la puissance maximale.
Lorsque les déchets gazéifiés sont aptes à fournir un syngas propre, c'est-à-dire ne créant pas un risque sur le respect des seuils imposés pour les rej ets gazeux des u n ités de va lorisation énergétique, le syngas est avantageusement utilisé comme combustible dans un brûleur installé sur une conduite des gaz de combustion du four, en amont d'un réacteur pour une dénitrification catalytique des gaz de combustion.
L'invention est également relative à u n e unité de valorisation énergétique de déchets, pour la production d'énergie thermique, comprenant un four pour la combustion de déchets, et une gazéification de déchets à PCI élevé, caractérisée en ce que :
- le four est un four pour la combustion de déchets à PCI relativement faible, en particulier inférieur à 8 MJ/kg,
- elle comporte un gazogène dans lequel sont gazéifiés les déchets à
PCI élevé, en particulier supérieur à 12 MJ/kg, constitués par de la biomasse et/ou des déchets de bois, notamment bois B, pour produire du syngas,
- et en ce qu'au moins une conduite de liaison est prévue entre la sortie du syngas produit par le gazogène, et la chambre de combustion du four, pour l'injection du syngas dans ladite chambre de combustion.
De préférence, la ou chaque conduite de liaison pour le syngas est raccordée à une entrée d'air secondaire de la chambre de combustion du four.
Une unité dans laquelle le four de combustion est prévu pour fonctionner entre une puissance maximale et une puissance minimale, avec un flux de déchets compris entre un flux maximum et un flux minimum, le PCI des déchets étant compris entre une valeur supérieure et une valeur inférieure, est caractérisée en ce qu'une régulation est prévue pour régler le débit de syngas injecté dans le four et pour faire fonctionner le four à sa puissance maximale.
Une électrovanne peut être installée sur la conduite de liaison et être commandée par la régulation pour le réglage du débit de syngas injecté dans le four.
Avantageusement, le gazogène est à co-courant, à flux descendant, avec alimentation en partie haute pour les déchets à PCI élevé, alimentation latérale pour un agent oxydant de gazéification, la sortie du syngas produit étant située en partie inférieure du gazogène.
Le four de combustion peut être un four à grille ou à rouleaux.
Une unité, telle que définie précédemment, comportant une installation de dénitrification catalytique des gaz de combustion du four, avec un brûleur installé sur une conduite d'évacuation des gaz de combustion, en amont d'une unité de dénitrification, est caractérisée en ce qu'une conduite d'alimentation en syngas du brûleur est prévue entre la sortie du gazogène et le brûleur, pour alimenter ce dernier en syngas lorsque les solides traités dans le gazogène permettent de générer un syngas propre.
L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ces dessins :
Fig. 1 est un diagramme de combustion illustrant le fonctionnement d'un four pour la combustion de déchets.
Fig. 2 est un schéma d'une unité de valorisation énergétique de déchets selon l'invention, et
Fig. 3 est un schéma d'une installation de dénitrification catalytique sélective avec brûleur.
En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un diagramme de combustion qui définit le domaine de fonctionnement d'un four pour la combustion de déchets urbains et/ou industriels. La puissance du four exprimée en MW (mégawatts) est portée en ordonnée, tandis que le flux massique de déchets introduits dans le four est porté en abscisse et est exprimé en tonnes/heure (t/h).
Pour un PCI donné, la puissance augmente proportionnellement au flux. Les courbes iso-PCI sont donc des droites partant de l'origine 0 et dont la pente est proportionnelle au PCI. Sur le diagramme de Fig. 1 , la droite D1 correspond à la courbe iso-PCI mini tandis que la droite D2 correspond à la courbe iso-PCI max, ces deux PCI ayant été pris en considération au moment de la conception du four.
Le flux maximum admissible correspond à une ligne verticale E2. La puissance maximale admissible correspond à une ligne horizontale P2.
La construction du diagramme de combustion est réalisée à partir des données sur le gisement de déchets à brûler, avec prise en compte de la capacité annuelle et du pouvoir calorifique inférieur PCI, du nombre de fours ou de lignes de fours, et de la puissance de la (ou des) chaudière(s). La procédure est la suivante :
1 / le flux m axim um E2 de déchets entrants est une moyenne calculée sur l'année. On en dédu it un flux m in im um E1 comme étant un pourcentage du flux maximum , notam ment 50 à 60 % du flux maximum . Le diagramme de Fig. 1 représente toutefois un flux E1 inférieur à cette valeur.
21 La puissance minimale, selon la droite P 1 est dédu ite de la puissance maximale suivant un pourcentage, notamment Pmin = 50 à 60 % de Pmax.
3/ On trace les droites iso-PCI limites D1 et D2, ainsi que la droite D3 correspondant à un PCI estimé pour les déchets à traiter, compris entre les limites.
4/ Les verticales E2 et E1 correspondant au flux max et au flux min sont tracées pour définir respectivement les limites droites et gauches du domaine de fonctionnement A du four.
5/ Les caractéristiques des déchets traités permettent de connaître le PCI max et le PCI min qui déterminent de nouvelles frontières.
En partie basse du domaine A, on peut identifier une zone A1 hachurée qui nécessite un apport d'énergie par des brûleurs depuis une source externe, pour un bon fonctionnement du four dans cette zone. L'exploitant de l'unité de valorisation cherchera à éviter la zone A1 .
Les explications qui précèdent font apparaître que les unités de valorisation énergétique sont des outils relativement limités à une gamme de fonctionnements définie par les propriétés combustibles des déchets à incinérer. Une forte variation de ces propriétés combustibles n'est pas envisageable.
Sur le diagramme de Fig.1 une zone de surcharge massique Zm correspond à une bande verticale comprise entre la droite E2 du flux maximum admissible en continu et une droite verticale E3 correspondant à 1 10 % du flux maximum . Un fonctionnement dans cette zone Zm reste acceptable mais de manière temporaire.
Une zone de surchauffe thermique Zt correspond à une bande horizontale entre la droite P2 de puissance maxi et une droite P3 correspondant à 1 1 0 % de la puissance maxi. Un fonctionnement dans cette zone Zt reste acceptable, mais il est préférable de l'éviter.
Le fonctionnement optimal correspond au point B situé à l'intersection de la droite P2 de puissance maxi et de la verticale E2 de flux maxi. D'après le diagramme de Fig. 1 , pour être assuré de traiter le flux maxi de déchets, sans dépasser la puissance maximale du four, il faut que le PCI des déchets ne dépasse pas celui défini par la droite D4 iso-PCI issue de l'origine 0 et qui passe par le point B. L'exploitant va donc s'efforcer de préparer des mélanges de déchets correspondant à une droite iso-PCI telle que D5 située au-dessous de D4 de manière à pouvoir traiter le flux massique maximum de déchets, sans dépasser la puissance maxi admissible. Cette droite D5 coupe la verticale E2 au point B1 de fonctionnement qui correspond à une puissance inférieure à la puissance maximale.
Ainsi, avec des déchets peu calorifiques, on pourra traiter la charge massique correspondant au flux maximum pour lequel le four a été conçu mais il restera un "vide de four thermique" correspondant au segment vertical B1 -B . La puissance sera inférieure à la puissance maxi , ce qui entraînera un rendement global de l'installation plus faible que celui pour lequel elle a été conçue.
Pour remédier à cet inconvénient, selon l'invention, l'unité de valorisation énergétique comporte un gazogène 1 (Fig. 2) dans lequel sont gazéifiés des déchets à PCI élevé, en particulier supérieur à 12 MJ/kg et pouvant atteindre 15 MJ/kg ou plus, constituant un solide à haut pouvoir calorifique. De tels déchets à PCI élevé sont collectés séparément des déchets urbains ou industriels usuels. Les déchets à PCI élevé sont constitués notamment par de la biomasse, des déchets de bois, notam ment bois B, pouvant résulter du déchiquetage de meubles mis au rebut.
Le gazogène 1 peut être de tout type. Dans l'exemple représenté sur Fig. 2, le gazogène est du type à co-courant avec introduction des déchets à
PCI élevé en partie haute du gazogène comme symbolisée par la flèche 2 L'introduction d'agents oxydants de gazéification, en particulier d'air et/ou d'oxygène (O2) est effectuée latéralement, comme symbolisée par la flèche 3, sensiblement à mi-hauteur. L' introduction d'agents tels que le dioxyde de carbone (CO2) et/ou l'eau (H20) est également possible. La sortie 4 du gaz produit par le gazogène, appelé syngas, est située en partie inférieure du gazogène et est reliée par au moins une conduite 5 à la chambre de com bustion 6 d'un four H pour incinérer des déchets W urbains et/ou industriels.
Le gazogène 1 est généralement constitué par une tour métallique cylindrique comportant, en partie basse, des moyens de déclenchement 7 pour faire démarrer la combustion dans le gazogène. Les moyens 7 peuvent être des moyens de déclenchement électriques. La conduite 5 est équipée d'une électrovanne 8 commandée par une régulation R qui permet d'ajuster le débit de syngas pour assurer les conditions optimales de combustion dans le four H, qui peut être de tout type. Dans l'exemple illustré sur Fig. 2, le four H est un four à gri l le 9 incl inée ; les déchets W à brûler sont introduits en partie haute de cette grille, et brûlent en descendant sur cette grille. Les cendres 10 sont évacuées en partie basse. L'air primaire de combustion est fourni par une soufflante 1 1 au-dessous de la grille 9.
La chambre de combustion 6 s'étend vers le haut au-dessus de la grille 9 et comporte des entrées 12 pour l'air secondaire. Avantageusement, la conduite 5 est raccordée à au moins une entrée d'air secondaire de sorte que le syngas est injecté au niveau de cet air secondaire dans la chambre 6, au- dessus du lit de déchets en combustion. Des brûleurs à gaz naturel ou au fioul, non représentés, sont prévus dans le four H pour démarrer la combustion jusqu'à une température donnée des gaz dans la chambre 6, cette température étant généralement fixée à 850°C pour les gaz de combustion, également appelés fumées.
Lorsque le PCI des déchets est faible, il est possible que la température souhaitée, notamment 850°C, ne soit pas obtenue en régime permanent, auquel cas, selon l'état de la technique, les brûleurs à gaz étaient mis en action pour maintenir cette température.
Selon l' i nvention , l' inj ection de syngas dans la cham bre de combustion 6, en particulier au niveau de l'injection d'air secondaire, permet d'obtenir et de maintenir la température souhaitée de combustion, sans qu'il soit nécessaire de faire fonctionner des brûleurs, dans le cas où le PCI des déchets est insuffisant.
Grâce à cette injection de syngas, il apparaît d'après le diagramme de Fig. 1 qu'avec un flux maximum de déchets traités qui, à lui seul, ne pourrait fournir que la puissance correspondant au point B1 , l'injection contrôlée de syngas permet de passer au point de fonctionnement optimal B, à la verticale du point B1 , sans avoir dépassé le flux maximum admissible de déchets.
Pour le cas où le flux de déchets traités serait inférieur au flux maxi et correspondrait à la verticale E3 de Fig. 1 , le point de fonctionnement du four pour un PCI des déchets correspondant à la droite D5 iso-PCI se situerait au point B2 à l'intersection de E3 et D5. L'injection de syngas permettrait alors de faire passer le point de fonctionnement de B2 à B3 situé sur la verticale E3 et sur la ligne P2 de puissance maximale du four.
L'invention assure la transformation d'un solide à haut pouvoir calorifique en gaz combustible par gazéification, c'est-à-dire oxydation thermochimique dans des conditions en-dessous de la relation stœchiométrique, qui est couplée à une unité de valorisation énergétique.
De cette façon, on évite de mélanger deux solides ayant des PCI très différents dans le foyer de combustion d'un four, au sein de la grille. Ceci permet d'utiliser deux ou plusieurs combustibles solides ayant un pouvoir calorifique très différent, ainsi que d'autres caractéristiques de combustion différentes, dans une même unité de valorisation énergétique sans modifier le diagramme de combustion du four illustré sur Fig. 1 .
Le mélange des combustibles ne devant pas se faire au sein de la grille de combustion ni dans la fosse de déchargement, afin de ne pas dégrader le diagram me de com bustion du four prévu lors de sa construction, la gazéification des déchets solides à haut PCI, selon l'invention, permet d'alimenter le four de combustion en syngas au sein du foyer de combustion, avantageusement au niveau de la ligne d'air secondaire en se servant d'arrivées déjà installées sur les fours. De cette manière, il est possible d'ajouter tout type de solide, y compris d'autres déchets, dans le gazogène 1 , afin de respecter les normes imposées, notamment des fumées dans le four de combustion portées à une température de 850°C pendant deux secondes au moins.
Fig. 3 est un schéma d'une unité de dénitrification catalytique sélective qui peut être prévue dans une unité de valorisation énergétique. Les gaz de combustion provenant du four circulent dans une conduite 13 pour être introduits dans un réacteur catalytique 14 fonctionnant à une température d'environ 230°C. De l'ammoniaque provenant d'un réservoir 15 est injecté dans la conduite 13 en amont du réacteur 14 pour une élimination catalytique des oxydes d'azote. Les gaz sortent du réacteur 14 par une conduite 16 reliée à l'aspiration d'une soufflante 17 qui débite dans une cheminée d'évacuation 17a. La teneur en oxyde d'azote des gaz sortant du réacteur 14 est mesurée par une sonde 18. Une régulation est prévue pour commander une vanne 19 réglant le débit d'injection de l'ammoniaque en fonction de la teneur en oxyde d'azote NOx fournie par la sonde 18. Un brûleur 20 est installé sur la conduite 13, en amont de l'injection d'ammoniaque.
Dans le procédé de dénitrification catalytique, le brûleur 20 est prévu pour permettre le chauffage des gaz de combustion jusqu'à 320°C avant leur entrée dans le réacteur 14. Selon l'état de la technique, le brûleur 20 est alimenté en gaz naturel.
Selon l' invention, lorsque le gazogène 1 est a l i m e nté e n un combustible solide capable de fournir un syngas propre, c'est-à-dire ne créant pas un risque pour le respect des seuils imposés aux rejets gazeux des unités de valorisation énergétique, ce syngas peut être utilisé comme combustible par le brûleur 20, afin de réduire la consommation en gaz naturel lors de la dénitrification catalytique. Une conduite 21 munie d'une vanne 22 assure une liaison entre la sortie de syngas du gazogène et l'entrée de combustible du brûleur 20. Cette liaison est mise en service, par ouverture de la vanne 22, lorsque le combustible solide fourni au gazogène permet d'obtenir du syngas propre.
Essais
Des essais ont été effectués avec du bois de classe B comme solide à PCI élevé alimentant le gazogène. La densité du bois de classe B était de 195 kg/m3. Le débit massique d'alimentation du gazogène était de 44 kg/h en moyenne sur plusieurs heures.
La composition du syngas obtenu ainsi que son PCI exprimé en kWh/Nm3 sont donnés ci-après.
Syngas
Figure imgf000011_0001
L'invention permet le couplage de la gazéification de biomasse/bois (déchets de bois, bois propre, bois biomasse) sur des unités de valorisation énergétique de déchets :
- dans le foyer de combustion, pour un fonctionnement optimal du four thermique,
- le cas échéant, au niveau de la dénitrification par voie catalytique, en substitution du gaz naturel.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de valorisation énergétique de déchets, comprenant une étape d'incinération de déchets dans un four (H) pour la production d'énergie thermique, procédé selon lequel on effectue une gazéification de déchets à PCI élevé pour produire d u gaz, et on injecte ce gaz dans la chambre de combustion (6) du four, caractérisé en ce que :
les déchets incinérés dans le four (H) sont des déchets (W) urbains et/ou industriels,
les déchets à PCI élevé sont constitués par de la biomasse et/ou des déchets de bois, notamment bois B, et la gazéification de ces déchets est effectuée dans un gazogène pour produire du syngas, dont l'injection dans la chambre de combustion (6) permet d'atteindre une puissance plus élevée du four sans augmenter le flux massique de déchets introduits.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le gazogène est du type à co-courant avec introduction des déchets à PCI élevé en partie haute du gazogène, introduction d'agents oxydants de gazéification, en particulier d'air et/ou d'oxygène (O2) sensiblement à mi-hauteur, la sortie (4) du gaz produit étant située en partie inférieure du gazogène et étant reliée par au moins une conduite (5) à la chambre de combustion (6) du four (H).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on effectue une gazéification de déchets à PCI supérieur à 12 MJ/kg.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait fonctionner le four au flux maximal et on contrôle, par le débit de syngas, la puissance du four de manière à la maintenir égale ou voisine de la puissance maximale.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque les déchets gazéifiés sont aptes à fournir un syngas propre, le syngas est utilisé comme combustible dans un brûleur installé sur une conduite des gaz de combustion du four, en amont d'un réacteur pour une dénitrification catalytique des gaz de combustion.
6. Unité de valorisation énergétique de déchets, pour la production d'énergie thermique, comprenant un four (H) pour la combustion de déchets, et une gazéification de déchets à PCI élevé, caractérisée en ce que :
- le four (H) est un four pour la combustion de déchets à PCI relativement faible, en particulier inférieur à 8 MJ/kg,
- elle comporte un gazogène (1 ) dans lequel sont gazéifiés les déchets à PCI élevé, en particulier supérieur à 12 MJ/kg, constitués par de la biomasse et/ou des déchets de bois, notamment bois B, pour produire du syngas,
- et en ce qu'au moins une conduite de liaison (5) est prévue entre la sortie (4) du syngas produit par le gazogène, et la chambre de combustion (6) du four, pour l'injection du syngas dans ladite chambre de combustion.
7. Unité selon la revendication 6, caractérisée en ce que la, ou chaque conduite de liaison (5) pour le syngas est raccordée à une entrée (12) d'air secondaire de la chambre de combustion du four.
8. Unité selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle le four de combustion (H) est prévu pour fonctionner entre une puissance maximale (P2) et une puissance minimale, avec un flux de déchets compris entre un flux maximum (E2) et un flux minimum (E1 ), le PCI des déchets étant compris entre une valeur supérieure et une valeur inférieure, caractérisée en ce qu'une régulation (R) est prévue pour régler le débit de syngas injecté dans le four et pour faire fonctionner le four à sa puissance maximale.
9. Unité selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'une électrovanne (8) est installée sur la conduite de liaison (5) et est commandée par la régulation (R) pour le réglage du débit de syngas injecté dans le four.
10. Unité selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le gazogène (1 ) est à co-courant, à flux descendant, avec alimentation (2) en partie haute pour les déchets à PCI élevé, alimentation latérale (3) pour un agent oxydant de gazéification, la sortie (4) du syngas produit étant située en partie inférieure du gazogène.
1 1 . Unité selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que le four de combustion est un four à grille ou à rouleaux.
12. Unité selon l'une quelconque des revendications 6 à 1 1 , comportant une installation de dénitrification catalytique des gaz de combustion du four, avec un brûleur (20) installé sur une conduite d'évacuation (13) des gaz de combustion, en amont d'une unité de dénitrification (14), caractérisée en ce qu'une conduite (21 ) d'alimentation en syngas du brûleur (20) est prévue entre la sortie du gazogène et le brûleur, pour alimenter ce dernier en syngas lorsque les solides traités dans le gazogène permettent de générer un syngas propre.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107200A1 (de) * 1991-03-06 1992-09-10 Siemens Ag Verfahren und anlage zur thermischen abfallbehandlung
US5477790A (en) * 1994-09-30 1995-12-26 Foldyna; Joseph T. Multistage system for solid waste burning and vitrification
DE19729597A1 (de) * 1997-07-10 1998-11-19 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb einer Schwel-Brenn-Anlage und nach diesem Verfahren arbeitende Anlage
EP1310733A1 (fr) * 2000-08-11 2003-05-14 Kinsei Sangyo Co., Ltd. Procede d'elimination des restes d'incineration de dechets

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107200A1 (de) * 1991-03-06 1992-09-10 Siemens Ag Verfahren und anlage zur thermischen abfallbehandlung
US5477790A (en) * 1994-09-30 1995-12-26 Foldyna; Joseph T. Multistage system for solid waste burning and vitrification
DE19729597A1 (de) * 1997-07-10 1998-11-19 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb einer Schwel-Brenn-Anlage und nach diesem Verfahren arbeitende Anlage
EP1310733A1 (fr) * 2000-08-11 2003-05-14 Kinsei Sangyo Co., Ltd. Procede d'elimination des restes d'incineration de dechets

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