EP0747462B1 - Réacteur à lits fluidisés pour le traitement thermique des déchets - Google Patents

Réacteur à lits fluidisés pour le traitement thermique des déchets Download PDF

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EP0747462B1
EP0747462B1 EP96401196A EP96401196A EP0747462B1 EP 0747462 B1 EP0747462 B1 EP 0747462B1 EP 96401196 A EP96401196 A EP 96401196A EP 96401196 A EP96401196 A EP 96401196A EP 0747462 B1 EP0747462 B1 EP 0747462B1
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EP
European Patent Office
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reactor
fluidised bed
waste
reactor according
dense
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Application number
EP96401196A
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EP0747462A1 (fr
Inventor
Jean-Xavier Morin
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Alstom Power Boiler SA
Original Assignee
Alstom Energy Systems SA
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Publication date
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    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B31/00—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus
    • F22B31/0007—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed
    • F22B31/0084—Modifications of boiler construction, or of tube systems, dependent on installation of combustion apparatus; Arrangements or dispositions of combustion apparatus with combustion in a fluidized bed with recirculation of separated solids or with cooling of the bed particles outside the combustion bed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/02—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge
    • C10B49/04—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated
    • C10B49/08—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated in dispersed form
    • C10B49/10—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with hot gases or vapours, e.g. hot gases obtained by partial combustion of the charge while moving the solid material to be treated in dispersed form according to the "fluidised bed" technique
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    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • F23G5/027—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage
    • F23G5/0276—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using direct heating
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    • F23G2900/70—Incinerating particular products or waste
    • F23G2900/7006—Incinerating used automobiles

Definitions

  • the present invention relates to the treatment thermal waste.
  • heat treatment is meant not only the destruction of waste, but also their recovery by recovering most of it of their heat energy.
  • An object of the present invention is to define a reactor capable of receiving all types of waste, including settling sludge, without the need for prior sorting and contenting itself with a summary fragmentation.
  • Another object of the present invention is to define a reactor in which the heat exchange zone, by example with the tubes of the superheaters of a energy recovery, free of chlorine.
  • the subject of the invention is a fluidized bed reactor for heat treatment of waste and exchange between the solids in circulation and an organ heat exchange, such as an evaporator and / or a superheater, the reactor being of the type comprising a bed fluidized circulating axial and at least a first and a second dense lateral fluidized beds established respectively on along first and second walls of the envelope reactor, characterized in that the supply of waste is carried out at at least one point on said first wall, above said first dense lateral fluidized bed, said reactor further comprising at least one conduit extraction of heavy non-fluidizable elements, located the base of said first fluidization bed.
  • the heat exchange is preferably carried out in said second dense lateral fluidized bed.
  • the heavy elements extraction duct includes an inclined part arranged in the extension of a sole inclined of said first dense lateral fluidized bed, nozzles supply air, directing a directional flow, flush on the surface of said sole.
  • Said extraction duct is provided with means adjustable air injection to regulate the flow of solids passing through said conduit.
  • the base of the second dense fluidized bed is connected by at least one extraction duct at the base of said fluidized bed circulating.
  • Said extraction duct is provided with means adjustable air injection to regulate the flow of solids passing through said conduit.
  • the circulating fluidized bed and the first fluidized bed dense lateral are fluidized by a mixture of primary air and recycled smoke.
  • the second dense lateral fluidized bed is fluidized by a mixture of air and dechlorinated recycled fumes.
  • Air called tertiary air
  • injectors with adjustable flow at an altitude higher than that of the waste introduction points, through each of the reactor walls.
  • the tertiary air is mixed with recycled fumes and dechlorinated at least for the tertiary air injected into the wall where the dense fluidized exchange bed is located thermal.
  • the base of the reactor includes extraction means inert materials.
  • Said non-heavy element extraction duct fluidizable is associated with a sorting device and extraction of said inert elements.
  • the reactor has a third fluidized bed lateral, the heat exchange being carried out with at least one of said second and third lateral fluidized beds.
  • Reactor includes third and fourth beds lateral fluidized, heat exchange being carried out with at least one of said second, third and fourth beds lateral fluidized.
  • the reactor includes means for feeding the bed fluidized waste supply with some of the materials from at least one heat exchange bed.
  • the reactor is connected to a hot cyclone, the wall where is carried out the connection of the reactor to the cyclone being opposite the wall where the waste is fed.
  • the reactor walls have exchange tubes thermal.
  • the reactor has an annexed fluidized bed, containing a heat exchange member, supplied by part of the solids of the second dense fluidized bed, provided with means fluidization, at least one return line for solids down the circulating fluidized bed, and a vent directing the gases up the circulating fluidized bed.
  • the reactor is supplied with waste made up of a mixture of urban residues and / or waste chosen in particular from settling sludge, biomass residues, industrial waste and refuse grinding, and / or fossil fuels chosen in particular among coal and petroleum residues.
  • Fig. 1 represents schematically and in a way simplified part of the thermal installations of a waste treatment unit according to the invention.
  • the turbine steam and the electric generator are not represented.
  • FIG. 1 a 1-bed reactor fluidized, subject of this patent application, powered in products to be treated.
  • This reactor is connected by its part higher than the upper part of a hot cyclone 2 in which performs the separation between gases and essentials of the solid materials with which they are charged, the latter returning to the reactor.
  • the gases leaving the heat exchange unit 3 are sent to a gas-solid separator 4 where the gases are separated from the coarse fraction C of the fly ash which are collected at the base of cyclone 4.
  • the gases, thus separated from said fraction, are sent to a TF smoke treatment device from where they are extracted by a VT draft fan and sent to the base of a CH chimney.
  • Reactor 1 which is the subject of this invention, is shown in more detail in Fig. 2 and 3.
  • the example described, without limitation, is that of a reactor with two dense lateral fluidized beds.
  • the reactor includes a casing 10, which can have a rectangular section and thus present four walls 11, 12, 13 and 14.
  • the lower part 16 of the reactor is in the form of inverted pyramid trunk, or in the form of a pseudo-pyramid inverted with two parallel faces, or in the shape of a trunk cone; it is in this part that is installed a bed of axial circulating fluidization comprising a part lower 18 surmounted by an upper part 18 ', as it was explained in the second of the above documents and to which the reader is referred.
  • the lower part 18 of the bed circulating fluidized is supplied with pyrolyzed fuel notably due to the overflow of the dense lateral bed 28, as will be seen later.
  • a grid 19, at the base of part 18 of the bed, is equipped with nozzles 20 allowing to inject air, called primary air, identified in the drawing by the arrow AP, which can possibly be mixed with fumes taken at the inlet El of the TF smoke treatment.
  • Above grid 19 are arranged arrivals secondary air AS which can also be optionally mixed with fumes taken at input E1 of the treatment TF smoke.
  • Reactor preheating means not represented, located above the grid 19, allow to reheat the entire reactor from a cold state or lukewarm, and bring it to the temperature required for ensure the combustion of waste.
  • an extraction device 22 residues such as a cooled screw extractor or dry extractor.
  • the reactor comprises two dense lateral fluidized beds 28 and 48.
  • the lateral fluidized bed 28, installed against the wall 11, comprises a sole 29, preferably inclined and in which are placed blowing nozzles 30 directional, that is to say the direction of the flow of blowing can be oriented between a direction perpendicular to the plane of the sole and a direction parallel to this plane. Nozzles are supplied with air (reference AF), possibly mixed with fumes recycled from point E1.
  • the dense fluidized bed 28 is partially contained by an overflow wall 31 raised at the end of the floor 29 parallel to the wall 11.
  • the dense fluidized bed 28 is supplied with waste to be treated which, according to a fundamental characteristic of the invention, are injected into the dense fluidized bed in several points of the wall 11, preferably at a height greater than that of the upper part of the wall of overflow 31.
  • the feeding is carried out from shears 33 or 34 who carry out a summary fragmentation of the waste at a maximum size between 200 and 400 mm.
  • the fragmented waste is introduced either by conduits 35 provided with injection screws such as screw 36, either by simple gravity in the conduits 37. Means conventional not shown allow to adjust the flow waste introduced.
  • conduit 39 (or more conduits if necessary) collecting heavy non-fludisable elements such as scrap, bottles, pieces of glass, etc. or items that have not been pyrolyzed. These elements are sent to the base of part 18 of the circulating fluidized bed, with, possibly, prior passage through a sorting device 40 from which are extracted the elements which do not come disturb the fluidization at the base of the fluidized bed circulating 18.
  • recycled smoke for example taken in E1 upstream of the TF smoke treatment, can be injected into the conduits 39.
  • the conduits 39 are provided, in the vicinity of the grid 29, means for regulating the flow rate of solids passing through in these conduits. These means can be arrivals 39 'adjustable air.
  • the wall 11 where the waste is introduced is protected by a coating of silicon carbide or any other material resistant to reducing medium; the usefulness of this coating will be shown later.
  • a second fluidized bed dense lateral 48 is installed along the wall 12 which, in the example described, is the wall opposite wall 11. It includes an overflow wall 51, a grid 52 and air nozzles 53 supplied with air (referenced AF), possibly with the addition of recycled smoke dechlorinated, for example from an E2 outlet downstream TF smoke treatment.
  • the base of the dense bed 48 is connected by conduits 59 to the lower part 18 of the circulating fluidized bed.
  • Means for adjusting the flow of solids are provided flowing in these conduits 59; these means can be consisting of air inlets with adjustable flow.
  • the exchange member SHT thermal which can include evaporators and / or high temperature steam superheaters.
  • the reactor is completed by air injectors 54, said tertiary air, which are arranged on the four sides of the reactor at a height higher than that of fluidized beds dense lateral. Again tertiary air can be mixed to recycled smoke from the E1 socket for this which is injectors placed on the dense bed supply 28 and dechlorinated from outlet E2 for the dense exchange bed 48.
  • the temperature in the center of the reactor is higher at 850 ° C and generally between 850 and 950 ° C for comply with the regulations concerning the combustion of waste.
  • the ratio of section S2 measured above the overflow walls 31 and 51 in section S1 measured between these overflow walls is between 1.05 and 2.
  • the speed of the fluidizing gases in the part lower axial 18 is, in empty barrel, between 3 and 12m / s.
  • the surface velocity of the fluidizing gases, in was empty, in the dense side beds is between 0.3 and 2.5 m / s.
  • the operation of the reactor is as follows.
  • This pyrolysis effect is obtained by mixing the waste introduced and solids falling into the wall under form of a dense layer as a result of the functioning of the upper part 18 'in circulating fluidized bed.
  • the dense fluidized bed 48 is fed by the dense layer of circulating solids resulting from the 18-18 'circulating fluidized bed operation.
  • the dense bed 48 is fluidized by a mixture of air and dechlorinated fumes, as mentioned above.
  • This bed 48 is therefore free of chlorinated products. It is therefore possible to house the SHT heat exchange member; this organ will be placed in a medium whose temperature is 870 ° C approximately so that steam will be obtained superheated to 450 or 500 ° C (instead of 360 ° C in the prior art reactors since one cannot place the exchanger in a medium at a temperature above 600 ° C. without very rapid corrosion).
  • heat exchange members having external exchange coefficients of 450 W / m 2 ° K (instead of 35 W / m 2 ° K in the prior art) and a DTLM (much larger mean log temperature difference) (450 ° C instead of 250 ° C.
  • Fluidized reactor can operate with excess overall air, in relation to the stoecchiometric conditions, limited to 1.4, which has the double advantage of being compliant with regulations and more economical than certain facilities that require for their operating air excess of 1.8 or 1.9.
  • the circulating fluidized beds inherently generate low nitrogen oxides by the low temperature, the air staging and the low air flow; if necessary, an injection of ammonia upstream of the hot cyclone 2 can be envisaged. In this way, the limitation to 200 mg / m 3 can be easily respected.
  • the adjustable air injection serves as auxiliary air for combustion with volatile combustible materials released by pyrolysis-flash; this air allows rapid mixing of gases of the upper part of the reactor which favors chlorine removal.
  • a terminal air injection can possibly be planned upstream of cyclone 2.
  • the wall in which the connection is made between reactor 1 and the cyclone 2, here the wall 12, is chosen opposite the wall 11 where the reactor is fed.
  • the invention also applies to treatment simultaneous waste increased by a certain proportion of sludge from wastewater treatment plants, biomass residues, as well as ordinary industrial waste and the refusal to automotive grinding.
  • the invention also applies to treatment simultaneous waste with fossil fuels of the type coal or petroleum residue. These are introduced in bottom of the lower zone of the circulating fluidized bed 18-18 ', 18 for example by the return pipe of cyclone 2.
  • the reactor may include injection means agents for fixing the sulfur contained in the fumes, such as than limestone.
  • the temperature of the bed dense introduction of waste is desired lower that 870 to 900 ° C, it is possible to feed the dense bed 28 waste introduction with part of the products of the heat exchange bed 48.
  • Reactor walls can be fully cased or in part.
  • the tubes some of which are represented and referenced 60 are traversed by a mixture of water and steam from and returning to the boiler tank.
  • the reactor will include a third dense lateral fluidized bed, the heat exchange being carried out with at least one of the second and third dense lateral fluidized beds.
  • the reactor according to the invention will include third and fourth fluidized beds lateral, the heat exchange being carried out with at least one of the second, third and fourth fluidized beds lateral.
  • Fig. 4 illustrates a variant in which solids collected by the dense bed 48 are transferred into an annex 70 fluidized bed exchanger before being reinjected into the zone 18 by means of conduits 71 provided air flow 71 'flow control. It is in this bed 70 that is placed the heat exchange member SHT.
  • the fluidization gases from bed 70 are reinjected by a conduit 72 to the upper part 18 'of the bed 18-18'.

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Description

La présente invention est relative au traitement thermique des déchets. Par traitement thermique, on entend non seulement la destruction des déchets, mais également leur valorisation par récupération de la plus grande partie de leur énergie calorifique.
Un moyen de traiter les déchets consiste à leur faire subir un traitement thermique à la suite duquel ils se transforment en une matière inerte de faible volume par rapport à leur volume initial et au cours duquel ils cèdent une grande partie de l'énergie calorifique qu'ils contiennent sous forme d'énergie thermique échangée par exemple avec une unité de récupération d'énergie.
Un problème souvent rencontré dans le traitement des déchets est la nécessité de les trier préalablement et d'effectuer une séparation entre les matériaux combustibles et les autres, et de fragmenter ces déchets en tout petits morceaux pour faciliter leur traitement. Par ailleurs, les dispositifs connus à grille ne permettent pas toujours de traiter n'importe quel type de déchets, en particulier ils ne peuvent traiter les boues de décantation des installations d'épuration des eaux usées que de façon limitée.
Un but de la présente invention est de définir un réacteur pouvant recevoir tous types de déchets, y compris les boues de décantation, sans nécéssiter de tri préalable et en se contentant d'une fragmentation sommaire.
Un problème important rencontré dans le traitement des déchets est la présence dans ces déchets de composés dont la décomposition thermique produit un dégagement de chlore qui détériore très rapidement par corrosion les tubes d'échange des surchauffeurs de l'unité de récupération d'énergie.
Un autre but de la présente invention est de définir un réacteur dans lequel la zone d'échange thermique, par exemple avec les tubes des surchauffeurs d'une unité de récupération d'énergie, est exempte de chlore.
Tous ces buts sont atteints au moyen d'un réacteur à lit fluidisé dérivé de celui décrit dans les demandes de brevets français FR-A-2 661 113 et FR-A-2 690 512 (EP-A-0 453 373 et EP-A-0 568 448) déposées au nom de STEIN INDUSTRIE qui sont incorporées par référence à la présente demande.
L'invention a pour objet un réacteur à lits fluidisés pour le traitement thermique de déchets et l'échange thermique entre les solides en circulation et un organe d'échange thermique, tel qu'un évaporateur et/ou un surchauffeur, le réacteur étant du type comprenant un lit fluidisé circulant axial et au moins un premier et un second lits fluidisés denses latéraux établis respectivement le long d'une première et d'une seconde parois de l'enveloppe du réacteur, caractérisé en ce que l'alimentation en déchets est effectuée en au moins un point de ladite première paroi, au-dessus dudit premier lit fluidisé dense latéral, ledit réacteur comprenant en outre au moins un conduit d'extraction des éléments lourds non fluidisables, situé à la base dudit premier lit de fluidisation.
L'échange thermique est de préférence effectué dans ledit second lit fluidisé dense latéral.
Le conduit d'extraction des éléments lourds comprend une partie inclinée disposée dans le prolongement d'une sole inclinée dudit premier lit fluidisé dense latéral, des buses de soufflage d'air, dirigeant un flux orientable, affleurant à la surface de ladite sole.
Ledit conduit d'extraction est muni de moyens réglables d'injection d'air pour régler le débit des solides passant dans ledit conduit.
La base du second lit fluidisé dense est relié par au moins un conduit d'extraction à la base dudit lit fluidisé circulant.
Ledit conduit d'extraction est muni de moyens réglables d'injection d'air pour régler le débit des solides passant dans ledit conduit.
Le lit fluidisé circulant et le premier lit fluidisé latéral dense sont fluidisés par un mélange d'air primaire et de fumées recyclées.
Le second lit fluidisé latéral dense est fluidisé par un mélange d'air et de fumées recyclées déchlorées.
De l'air, dit air tertiaire, est envoyé au moyen d'injecteurs à débit ajustable, à une altitude supérieure à celle des points d'introduction des déchets, à travers chacune des parois du réacteur.
L'air tertiaire est mélangé de fumées recyclées et déchlorées au moins pour l'air tertiaire injecté dans la paroi où est situé le lit fluidisé dense d'échange thermique.
La base du réacteur comporte des moyens d'extraction des matériaux inertes.
Ledit conduit d'extraction des éléments lourds non fluidisables est associé à un dispositif de tri et d'extraction desdits éléments inertes.
Le réacteur comporte un troisième lit fluidisé latéral, l'échange thermique étant réalisé avec au moins l'un desdits deuxième et troisième lits fluidisés latéraux.
Le réacteur comprend un troisième et un quatrième lits fluidisés latéraux, l'échange thermique étant réalisé avec au moins l'un desdits deuxième, troisième et quatrième lits fluidisés latéraux.
Le réacteur comprend des moyens pour alimenter le lit fluidisé d'alimentation en déchets avec une partie des matériaux d'au moins un lit d'échange thermique.
Le réacteur est relié à un cyclone chaud, la paroi où est effectuée la liaison du réacteur au cyclone étant opposée à la paroi où se fait l'alimentation en déchets.
Les parois du réacteur comportent des tubes d'échange thermique.
Le réacteur comporte un lit luidisé annexe, contenant un organe d'échange thermique, alimenté par une partie des solides du second lit fluidisé dense, muni de moyens de fluidisation, d'au moins une conduite de retour des solides vers le bas du lit fluidisé circulant, et d'un évent dirigeant les gaz vers le haut du lit fluidisé circulant.
Le réacteur est alimenté en des déchets constitués d'un mélange de résidus urbains et/ou de déchets choisis notamment parmi les boues de décantation, les résidus de la biomasse, les déchets industriels et le refus de broyage, et/ou de combustibles fossiles choisis notamment parmi le charbon et les résidus pétroliers.
L'invention est expliquée par la description ci-après d'un exemple de réalisation, en référence au dessin annexé dans lequel:
  • la figure 1 est une vue schématique d'une partie des installations thermiques d'une unité de traitement de déchets,
  • la figure 2 est une vue schématique en élévation d'un réacteur faisant partie de ladite installation,
  • la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2
  • la figure 4 est une vue schématique partielle du réacteur selon une variante.
La Fig. 1 représente schématiquement et de manière simplifiée une partie des installations thermiques d'une unité de traitement de déchets selon l'invention. La turbine à vapeur et le générateur électrique ne sont pas représentés.
On distingue, dans la Fig. 1, un réacteur 1 à lits fluidisés, objet de la présente demande de brevet, alimenté en produits à traiter. Ce réacteur est relié par sa partie supérieure à la partie supérieure d'un cyclone chaud 2 dans lequel s'effectue la séparation entre les gaz et l'essentiel des matières solides dont ils sont chargés, ces dernières retournant au réacteur.
Les gaz chauds issus du cyclone chaud 2 sont envoyés dans une unité d'échange thermique 3, comprenant, par exemple:
  • un échangeur de surchauffe à basse température SBT recevant de la vapeur d'un ballon B de chaudière et envoyant de la vapeur surchauffée à l'échangeur de surchauffe haute température SHT placé dans le réacteur,
  • un vaporisateur V envoyant la vapeur produite au ballon de chaudière B,
  • un économiseur recevant de l'eau alimentaire et l'envoyant au ballon de chaudière B.
Les gaz sortant de l'unité d'échange thermique 3 sont envoyés à un séparateur gaz-solides 4 où les gaz sont séparés de la fraction grossière C des cendres volantes qui sont recueillies à la base du cyclone 4.
Les gaz, ainsi séparés de ladite fraction, sont envoyés à un dispositif de traitement de fumées TF d'où ils sont extraits par un ventilateur de tirage VT et envoyés à la base d'une cheminée CH.
Le réacteur 1, qui fait l'objet de la présente invention, est représenté plus en détail dans les Fig.2 et 3.
L'exemple décrit, à titre nullement limitatif, est celui d'un réacteur à deux lits fluidisés denses latéraux.
Le réacteur comprend une enveloppe 10, qui peut avoir une section rectangulaire et présenter ainsi quatre parois 11, 12, 13 et 14.
La partie inférieure 16 du réacteur est en forme de tronc de pyramide inversé, ou en forme de pseudo-pyramide inversée à deux faces parallèles, ou en forme de tronc de cône; c'est dans cette partie qu'est installé un lit de fluidisation circulant axial comprenant une partie inférieure 18 surmontée d'une partie supérieure 18', comme il a été expliqué dans le second des documents précités et auquel on renvoie le lecteur. La partie inférieure 18 du lit fluidisé circulant est alimentée en combustible pyrolysé provenant notamment par le débordement du lit dense latéral 28, comme on le verra plus loin. Une grille 19, à la base de la partie 18 du lit, est équipée de buses 20 permettant d'injecter de l'air, dit air primaire, repéré dans le dessin par la flèche AP, pouvant éventuellement être mélangé avec des fumées prélevées en entrée El du traitement de fumée TF.
Au-dessus de la grille 19 sont disposées des arrivées d'air secondaire AS qui peut également être éventuellement mélangé avec des fumées prélevées en entrée E1 du traitement de fumée TF.
Des moyens de préchauffage du réacteur, non représentés, situés au-dessus de la grille 19, permettent de réchauffer l'ensemble du réacteur à partir d'un état froid ou tiède, et de l'amener à la température nécessiare pour assurer la combustion des déchets.
Sous la grille 19 est disposé un appareil d'extraction 22 des résidus, tel qu'un extracteur à vis refroidie ou un extracteur sec.
Dans l'exemple représenté dans les Fig. 2 et 3, le réacteur comprend deux lits fluidisés denses latéraux 28 et 48.
Le lit fluidisé latéral 28, installé contre la paroi 11, comporte une sole 29, de préférence inclinée et dans laquelle sont placées des buses de soufflage 30 directionnelles, c'est-à-dire dont la direction du flux de soufflage peut être orientée entre une direction perpendiculaire au plan de la sole et une direction parallèle à ce plan. Les buses sont alimentées en air (référence AF), éventuellement mélangé à des fumées recyclées en provenance du point E1. Le lit fluidisé dense 28 est partiellement contenu par une paroi de débordement 31 élevée à l'extrémité de la sole 29 parallèlement à la paroi 11.
Le lit fluidisé dense 28 est alimenté par les déchets à traiter qui, selon une caractéristique fondamentale de l'invention, sont injectés dans le lit fluidisé dense en plusieurs points de la paroi 11, de préférence à une hauteur supérieure à celle de la partie supérieure de la paroi de débordement 31.
L'alimentation est effectuée à partir de cisailles 33 ou 34 qui effectuent une fragmentation sommaire des déchets à une taille maximale comprise entre 200 et 400 mm.
Les déchets fragmentés sont introduits soit par des conduits 35 munis de vis d'injection telles que la vis 36, soit par simple gravité dans les conduits 37. Des moyens conventionnels non représentés permettent de régler le débit des déchets introduits.
Dans le prolongement de la sole 29 est disposé un conduit 39 (ou plusieurs conduits si nécessaire) recueillant les éléments lourds non fludisables tels que ferrailles, bouteilles, morceaux de verre, etc.. ou les éléments qui n'ont pas été pyrolysés. Ces éléments sont envoyés à la base de la partie 18 du lit de fluidisé circulant, avec, éventuellement, passage préalable dans un dispositif de tri 40 d'où sont extraits les éléments qui ne viennent pas perturber la fluidisation à la base du lit fluidisé circulant 18.
On note que des fumées recyclées, par exemple prélevées en E1 en amont du traitement de fumées TF, peuvent être injectés dans les conduits 39.
Les conduits 39 sont munis, au voisinage de la grille 29, de moyens pour régler le débit des solides transitant dans ces conduits. Ces moyens peuvent être des arrivées d'air 39' réglables.
La paroi 11 où sont introduits les déchets est protégée par un revêtement de carbure de silicium ou de tout autre matériau résistant au milieu réducteur; l'utilité de ce revêtement sera montrée plus loin.
Conformément à l'invention, un second lit fluidisé dense latéral 48 est installé le long de la paroi 12 qui, dans l'exemple décrit, est la paroi opposée à la paroi 11. Il comprend une paroi de débordement 51, une grille 52 et des buses de soufflage 53 alimentées par de l'air (référencé AF), éventuellement additionné de fumées recyclées déchlorées, par exemple en provenance d'une prise E2 en aval du traitement de fumées TF.
La base du lit dense 48 est reliée par des conduits 59 à la partie inférieure 18 du lit fluidisé circulant.
Il est prévu des moyens de réglage du débit de solides circulants dans ces conduits 59; ces moyens peuvent être constitués par des arrivées d'air à débit réglables.
Dans ce lit 48 est disposé l'organe d'échange thermique SHT qui peut comprendre des évaporateurs et/ou des surchauffeurs de vapeur à haute température.
Le réacteur est complété par des injecteurs 54 d'air, dit air tertiaire, qui sont disposés sur les quatre faces du réacteur à une hauteur supérieure à celle des lits fluidisés denses latéraux. Là encore l'air tertiaire peut être mélangé à des fumées recyclées en provenance de la prise E1 pour ce qui est des injecteurs placés sur le lit dense d'alimentation 28 et déchlorées en provenance de la prise E2 pour le lit dense d'échange 48.
Comme il a été expliqué dans les documents précités, la température régnant au centre du réacteur est supérieure à 850°C et généralement comprise entre 850 et 950°C pour respecter la réglementation concernant la combustion des déchets.
Le rapport de la section S2 mesurée au-dessus des parois de débordement 31 et 51 à la section S1 mesurée entre ces parois de débordement est compris entre 1,05 et 2.
La vitesse des gaz de fluidisation dans la partie axiale inférieure 18 (flèches montante F1) est, en fût vide, comprise entre 3 et 12m/s.
La vitesse superficielle des gaz de fluidisation, en fût vide, dans les lits denses latéraux est comprise entre 0,3 et 2,5 m/s.
Une fois le rapport S2/S1 fixé, les valeurs ci-dessus des vitesses et des températures sont ajustables au moyen des paramètres constitués par:
  • le débit des déchets introduits,
  • les débits d'air primaire, secondaire et tertiaire,
  • la granulométrie du matériau du lit en circulation,
  • le taux de remplissage en solides du réacteur.
Le fonctionnement du réacteur est le suivant.
Les déchets sommairement fragmentés sont introduits dans le réacteur. Au contact brusque de la couche descendante de solides en paroi qui est à une température supérieure à 850°C (généralement comprise entre 870 et 900°C), le chlore contenu dans les déchets est immédiatement dégagé, par un effet de pyrolyse-flash ( ou pyrolyse instantanée), et la quasi totalité de ce gaz est entraínée vers le haut du réacteur (flèches F2) et passe dans le cyclone chaud 2. Le revêtement de carbure de silicium de la paroi 11 où se fait l'alimentation en déchets protège celle-ci contre l'effet corrosif du chlore chaud combiné à des gaz réducteurs (CO principalement).
Cet effet de pyrolyse est obtenu par mélange des déchets introduits et des solides tombant en paroi sous forme d'une couche dense conséquence du fonctionnement de la partie supérieure 18' en lit fluidisé circulant.
On observe que le lit fluidisé dense 48 est alimenté par la couche dense de solides circulants résultant du fonctionnement du lit fluidisé circulant 18-18'. Par ailleurs, le lit dense 48 est fluidisé par un mélange d'air et de fumées déchlorées, comme il a té mentionné plus haut. Ce lit 48 est donc exempt de produits chlorés. Il est donc possible d'y loger l'organe d'échange thermique SHT; cet organe sera placé dans un milieu dont la température est de 870°C environ de sorte qu'on obtiendra de la vapeur surchauffée à 450 ou 500°C (au lieu de 360°C dans les réacteurs de l'art antérieur puisqu'on ne peut pas placer l'échangeur dans un milieu à température supérieure à 600°C sans corrosion très rapide). Cette augmentation sensible de la température de la vapeur surchauffée, qui est utilisée dans une turbine non représentée, permet d'augmenter le rendement du cycle de l'installation (loi de Carnot), et donc de la valorisation énergétique des déchets, et de conférer aux échangeurs SHT une durée de vie accrue, ce qui accroít d'autant la disponibilité de l'installation.
Par ailleurs, il est possible d'utiliser des organes d'échange thermique ayant des coefficients d'échange externes de 450 W/m2°K (au lieu de 35 W/m2°K dans l'art antérieur) et une DTLM (différence de température logarithmique moyenne) beaucoup plus importante (450 °C au lieu de 250 °C.
Enfin, il n'y a pas de risque d'encrassement de l'organe d'échange thermique, ce risque amenant, en technique conventionnelle, à quasiment doubler la surface d'échange thermique et à installer de coûteux ramoneurs.
L'utilisation de ce type d'organe d'échange thermique permet une réduction significative de taille et donc de coût.
Le réacteur fluidisés peut fonctionner avec un excès d'air global, par rapport aux conditions stoecchiométriques, limité à 1,4, ce qui présente le double avantage d'être conforme à la réglementation et plus économique que certaines installations qui nécessitent pour leur fonctionnement un excès d'air de 1,8 ou 1,9.
Les lits fluidisés circulants engendrent par nature des faibles taux d'oxydes d'azotede par la faible température, l'étagement d'air et le faible débit d'air; si besoin est, une injection d'ammoniac en amont du cyclone chaud 2 peut être envisagée. De la sorte, la limitation à 200 mg/m3 peut être aisément respectée.
L'injection réglable d'air, dit air tertiaire, prévue sur les quatres faces 11 à 14, et matérialisée dans le dessin par les flèches 54, sert d'air auxiliaire de combustion aux matières combustibles volatiles dégagées par la pyrolyse- flash; cet air permet un mélange rapide des gaz de la partie supérieure du réacteur qui favorise l'évacuation du chlore. Une injection terminale d'air peut être prévue éventuellement en amont du cyclone 2.
On notera que, de préférence, la paroi dans laquelle est pratiquée la liaison entre le réacteur 1 et le cyclone 2, ici la paroi 12, est choisie à l'opposé de la paroi 11 où est effectuée l'alimentation du réacteur.
L'invention s'applique également au traitement simultané des déchets augmentés d'une certaine proportion de boues des stations d'épuration, de résidus de la biomasse, ainsi que de déchets industriels banals et au refus de broyage automobile.
L'invention s'applique également au traitement simultané des déchets avec des combustibles fossiles du type charbon ou résidu pétrolier. Ces derniers sont introduits en bas de la zone inférieure du lit fluidisé circulant 18-18', 18 par exemple par le conduit de retour du cyclone 2.
Le réacteur peut comporter des moyens d'injection d'agents de fixation du soufre contenu dans les fumées, tel que le calcaire.
Si pour une raison quelconque, la température du lit dense d'introduction des déchets est souhaitée plus faible que 870 à 900°C, il est possible d'alimenter le lit dense 28 d'introduction des déchets avec une partie des produits du lit 48 d'échange thermique.
Les parois du réacteur peuvent être tubées en totalité ou en partie. Les tubes dont certains sont représentés et référencés 60 sont parcourus par un mélange d'eau et de vapeur provenant du ballon de chaudière et y retournant.
L'invention n'est pas limitée au mode réalisation décrit et représenté.
On peut en particulier, prévoir que le réacteur comportera un troisième lit fluidisé dense latéral, l'échange thermique étant réalisé avec au moins l'un des deuxième et troisième lits fluidisés denses latéraux.
Dans une autre variante, le réacteur selon l'invention comprendra un troisième et un quatrième lits fluidisés latéraux, l'échange thermique étant réalisé avec au moins l'un des deuxième, troisième et quatrième lits fluidisés latéraux.
Dans ces deux variantes, il est possible d'alimenter le lit dense d'alimentation en déchets par un ou plusieurs des autres lits denses.
La Fig.4 illustre une variante dans laquelle des solides recueillis par le lit dense 48 sont transférés dans un échangeur à lit fluidisé annexe 70 avant d'être réinjectés dans la zone 18 par le biais de conduits 71 munis de moyens à air 71' de régulation de débit.C'est dans ce lit 70 qu'est placé l'organe d'échange thermique SHT.
Les gaz de fluidisations du lit 70 sont réinjectés par un conduit 72 à la partie supérieure 18' du lit 18-18'.
Cette variante permet de découpler les contraintes de dimensionnements dues d'une part aux exigences de l(hydrodynamique de l'écoulement gaz-solides et d'autre part aux exigences du respect de bilan thermique de l'installation pouvant nécessiter des dimensions d'échangeurs importantes.

Claims (19)

  1. Réacteur à lits fluidisés pour le traitement thermique de déchets et l'échange thermique entre les solides en circulation et un organe d'échange thermique, tel qu'un évaporateur et/ou un surchauffeur, le réacteur étant du type comprenant un lit fluidisé circulant axial (18-18') et au moins un premier (28) et un second (48) lits fluidisés denses latéraux établis respectivement le long d'une première (11) et d'une seconde (12) parois de l'enveloppe du réacteur, caractérisé en ce que l'alimentation en déchets est effectuée en au moins un point de ladite première paroi (11), au-dessus dudit premier lit fluidisé dense latéral (28), ledit réacteur comprenant en outre au moins un conduit d'extraction (39) des éléments lourds non fluidisables, situé à la base dudit premier lit de fluidisation.
  2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échange thermique est effectué dans ledit second lit fluidisé dense latéral (48).
  3. Réacteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le conduit d'extraction (39) des éléments lourds comprend une partie inclinée disposée dans le prolongement d'une sole inclinée (29) dudit premier lit fluidisé dense latéral (28), des buses (30) de soufflage d'air, dirigeant un flux orientable, affleurant à la surface de ladite sole.
  4. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit d'extraction (39) est muni de moyens réglables d'injection d'air (39') pour régler le débit des solides passant dans ledit conduit.
  5. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base du second lit fluidisé dense (48) est relié par au moins un conduit d'extraction (59) à la base (18) dudit lit fluidisé circulant.
  6. Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit conduit d'extraction (59) est muni de moyens réglables d'injection d'air (59') pour régler le débit des solides passant dans ledit conduit.
  7. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lit fluidisé circulant (18-18') et le premier lit fluidisé latéral dense (28) dans lequel sont introduits les déchets sont fluidisés par un mélange d'air primaire et de fumées recyclées.
  8. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le second lit fluidisé latéral dense (48) est fluidisé par un mélange d'air et de fumées recyclées déchlorées.
  9. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que de l'air, dit air tertiaire, est envoyé au moyen d'injecteurs à débit ajustable (54), à une altitude supérieure à celle des points d'introduction des déchets, à travers chacune des parois (11, 12, 13, 14) du réacteur.
  10. Réacteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'air tertiaire (54) est mélangé de fumées recyclées et déchlorées au moins pour l'air tertiaire injecté dans la paroi où est situé le lit fluidisé dense d'échange thermique.
  11. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la base du réacteur comporte des moyens (22) d'extraction des matériaux inertes.
  12. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit conduit d'extraction (39) des éléments lourds non fluidisables est associé à un dispositif de tri (40) et d'extraction desdits éléments inertes.
  13. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réacteur comporte un troisième lit fluidisé latéral, l'échange thermique étant réalisé avec au moins l'un desdits deuxième et troisième lits fluidisés latéraux.
  14. Réacteur selon l'une des revendications 1 à 12, le réacteur comprend un troisième et un quatrième lits fluidisés latéraux, l'échange thermique étant réalisé avec au moins l'un desdits deuxième, troisième et quatrième lits fluidisés latéraux.
  15. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour alimenter le lit fluidisé d'alimentation en déchets avec une partie des matériaux d'au moins un lit d'échange thermique.
  16. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est relié à un cyclone chaud (2), la paroi (12) où est effectuée la liaison du réacteur au cyclone étant opposée à la paroi (11) où se fait l'alimentation en déchets.
  17. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parois du réacteur comportent des tubes (60) d'échange thermique.
  18. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un lit luidisé annexe (70), contenant un organe d'échange thermique (SHT), alimenté par une partie des solides du second lit fluidisé dense (48), muni de moyens (AF) de fluidisation, d'au moins une conduite (71) de retour des solides vers le bas (18) du lit fluidisé circulant (18-18'), et d'un évent (72) dirigeant les gaz vers le haut (18') du lit fluidisé circulant (18-18').
  19. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les déchets sont constitués d'un mélange de résidus urbains et/ou de déchets choisis notamment parmi les boues de décantation, les résidus de la biomasse, les déchets industriels et le refus de broyage, et/ou de combustibles fossiles choisis notamment parmi le charbon et les résidus pétroliers.
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