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PROCEDE DE DENITRIFICATION DES FUMEES PRODUITES PAR UN
FOUR DE COMBUSTION, ET INSTALLATION POUR LA MISE EN UVRE
DE CE PROCEDE.
L'invention est relative à un procédé de dénitrification des fumées
produites par un four de combustion, dans lequel un combustible est introduit
dans un lit fluidisé ou sur une grille, et de l'air de combustion est injecté
dans le
four.
L'invention concerne plus particulièrement, mais non exclusivement,
un tel procédé de dénitrification des fumées produites par un four
d'incinération
de déchets ou de boues de stations d'épuration d'eaux urbaines ou
industrielles.
Lors d'une combustion, contrairement aux oxydes de soufre, aux
acides, et aux métaux lourds dont les émissions sont intrinsèquement liées à
la
teneur du combustible utilisé en soufre, en Cl (chlore), Br (brome), F
(fluor), I
(iode), et en métaux lourds, la quantité d'oxydes d'azote générée est
fonction,
dans une certaine mesure, du combustible utilisé, mais également des
conditions dans lesquelles s'effectue la combustion. Il n'y a donc pas de
relation
univoque entre les émissions d'oxydes d'azote et le combustible. Tout au plus,
quand on dispose d'une bonne connaissance d'un procédé donné (centrale
thermique au charbon, fioul lourd, gaz naturel...), on peut formuler un
facteur
d'émission qui servira, entre autres, de référence de base aux progrès et aux
diminutions des émissions d'oxydes d'azote qui pourraient être obtenus par des
recherches et des mises au point ultérieures.
La combustion d'un composé hydrocarboné en plus du dioxyde de
carbone CO2, d'eau H20, et d'azote N2, s'accompagne donc toujours d'une
production d'oxydes d'azote. Ces oxydes sont représentés par le monoxyde
d'azote (NO), le protoxyde d'azote (N20), et par une très faible proportion de
.. dioxyde d'azote (NO2).
D'un point de vue environnemental et sanitaire, il est important d'en
réduire leurs émissions car chacun de ces oxydes d'azote a un impact non
négligeable :
- le NO participe au phénomène des pluies acides et à la formation de l'ozone
troposphérique ;
- le N20 est un gaz à effet de serre trois cent dix fois plus puissant que le
CO2.
Afin de réduire les émissions de NOx, des procédés ont été
développés, notamment les deux procédés suivants :
- un procédé non catalytique opérant à haute température, supérieure à 800 C
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dans l'enceinte de combustion, ce procédé étant désigné par le sigle SNCR
(réduction non catalytique sélective) ;
- un procédé catalytique opérant au niveau du traitement des fumées à
moyenne température (300 C-400 C) ou à basse température (180 C-230 C),
ce procédé étant désigné par le sigle SCR (réduction catalytique sélective).
Le procédé SCR permet d'abattre de grandes quantités de NOx,
mais au prix d'inconvénients économiques et environnementaux majeurs. Le
procédé SNCR, plus économique, ne permet pas d'atteindre un rendement
d'élimination des oxydes d'azote aussi élevé que le procédé SCR.
L'invention a pour but, surtout, de fournir un procédé de
dénitrification des fumées du type procédé SNCR dont le rendement
d'élimination des oxydes d'azote soit plus élevé de manière à tendre vers les
performances d'un procédé SCR, et de disposer d'un procédé de dénitrification
efficace, relativement économique, avec un impact environnemental le plus
faible possible.
Problématique actuelle du procédé SNCR
Le procédé SNCR de réduction des oxydes d'azote consiste à
injecter directement dans l'enceinte de combustion l'agent réducteur dans une
.. zone où la température des effluents gazeux est de préférence comprise
entre
850 C et 1000 C.
En utilisant l'ammoniac comme agent réducteur, les réactions
chimiques données ci-après se produisent plus ou moins simultanément. A une
température inférieure à 850 C, les réactions sont trop lentes ; à une
température supérieure à 1000 C, la réaction secondaire domine avec une
hausse d'oxydes d'azote.
Principale réaction :
4N0 + 4NH3 + 02 - 4N2 + 6H20 (réduction)
Réaction secondaire non souhaitée :
4NH3 + 502 -> 4N0 + 6H20 (oxydation)
La fenêtre de température revêt une importance considérable car, si
la température est trop élevée, l'ammoniac est oxydé ce qui entraîne une
production d'oxydes d'azote ; si elle est trop basse, le taux de conversion
sera
trop faible et de l'ammoniac sera observé en aval (fuite d'ammoniac).
La réaction des oxydes d'azote et de l'ammoniac, ou de l'urée, dans
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l'eau et l'azote dépend fortement de la température et du temps de séjour dans
la plage de température requise. La fenêtre de température pour une solution
aqueuse ammoniacale (ammoniaque) se situe entre 800 C et 1100 C, la
température optimale étant de 930 01960 C.
A titre de comparaison, la fenêtre de température lorsque l'on utilise
de l'urée est plus étroite (entre 850 et 1050 C), la température optimale
étant
960 C/980 C.
Une première difficulté du procédé SNCR est donc l'étroitesse de la
fenêtre optimale de température.
Une deuxième difficulté consiste à bien mélanger les gaz à traiter
avec l'agent réducteur, également appelé réactif.
Pour atteindre un taux élevé de réduction et un faible dégagement de
NH3, l'agent réducteur et les oxydes d'azote NOx des fumées doivent être
suffisamment mélangés sinon la réaction ne se déroule pas et une partie des
oxydes d'azote NOx n'est pas traitée, ou bien l'ammoniac NH3 ne réagit pas. La
plupart des problèmes que posent les applications de réduction sélective non
catalytique concernent la répartition non uniforme de l'agent réducteur dans
la
chambre de combustion.
Outre la distribution et le mélange, un autre paramètre important est
la taille des gouttes d'un agent réducteur liquide. De petites gouttes
s'évaporeraient trop rapidement et réagiraient à des températures trop
élevées,
ce qui entraînerait une baisse du taux de réduction des oxydes d'azote, tandis
que des gouttes plus grosses s'évaporeraient trop lentement et réagiraient à
des températures trop basses, ce qui entraînerait un dégagement d'ammoniac
NH3 plus important.
Le choix de l'agent réducteur influence également la formation de
sous-produits tels que le protoxyde d'azote (N20). L'utilisation de l'ammoniac
et
de l'ammoniac caustique produit des quantités négligeables de N20 tandis que
des quantités relativement élevées peuvent être mesurées lors de l'injection
directe d'urée dans l'enceinte de combustion.
Le temps de séjour dans la plage de température requise varie de
0,2 à 0,5 s. Cette plage de durée de contact est plutôt instable ; c'est la
raison
pour laquelle le ratio ammoniac/oxydes d'azote doit être riche en ammoniac au
lieu d'être stoechiométrique. Là encore, il faut optimiser le ratio molaire
NH3/NOx. Le taux d'élimination des NOx est favorisé par un ratio plus élevé,
mais le dégagement d'ammoniac augmente aussi, ce qui entraîne une pollution
accrue des équipements placés en aval (échangeurs de chaleur, traitement de
fumées). Pour neutraliser ces deux effets contraires, le ratio NH3/NOx est
limité
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dans une plage comprise entre 1,5 et 2,5.
Dans le cas d'un four à lit fluidisé de combustion de boues de station
d'épuration, la température dans la chambre de combustion se situe entre
850 C et 870 C. Ce niveau de température n'est pas propice à l'usage du
procédé SNCR dans les meilleures conditions, ce qui limite le taux
d'abattement
des oxydes d'azote à 40-50 % et génère des sous-produits de réaction tels
qu'ammoniac NH3 ou protoxyde d'azote N20. Cette particularité s'ajoute aux
imperfections de mélanges liées à l'injection d'un agent réducteur dans une
enceinte de grand volume.
De plus, au cours de l'évaporation de la solution d'ammoniaque, la
température de l'enceinte de combustion va chuter en fonction de la quantité
nécessaire d'agent réducteur. Cette chute est néfaste pour l'obtention de la
température réglementaire européenne de 850 C pendant 2s (T2s).
L'invention a pour but, surtout, de proposer un procédé amélioré de
dénitrification des fumées produites par un four de combustion, procédé qui,
tout en étant du type procédé SNCR, permette de répondre, au moins en partie,
aux inconvénients majeurs du traitement des oxydes d'azote NOx par le
procédé SNCR:
- faible rendement de la réaction (NSR>2 pour NO sortant/NO entrant = 60 %) ;
- homogénéité du mélange agent réducteur/gaz difficile à obtenir ;
- production de sous-produits (NH3/N20) ;
- absence d'impact sur la température réglementaire T2s.
Selon l'invention, le procédé de dénitrification en phase hétérogène
des fumées produites par un four de combustion, en particulier un four
d'incinération de déchets ou de boues de station d'épuration d'eaux urbaines
ou
industrielles, procédé selon lequel un combustible est introduit dans un lit
fluidisé ou sur une grille, et de l'air de combustion est injecté dans le
four, est
caractérisé en ce qu'un agent réducteur est injecté dans le combustible et/ou
dans l'air de combustion en amont de la chambre de combustion et est
mélangé de manière homogène avec le combustible et/ou l'air de combustion,
l'agent réducteur étant choisi pour assurer la réduction des oxydes d'azote en
azote, de sorte que l'agent réducteur exerce un traitement de réduction
favorisé
par la couche de matières solides ou de cendres présente dans le four.
La température des gaz dans la chambre de combustion du four est,
en général, inférieure à 900 C.
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De préférence, l'agent réducteur est choisi parmi les composés
chimiques de base amnnoniaquée.
L'application de la réaction de dénitrification en phase hétérogène en
utilisant la zone de combustion (lit de sable ou grille de déchets) comme zone
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préférentielle de réaction de la dénitrification et en profitant de l'aspect
catalytique hétérogène de cette zone, permet de remédier, au moins en partie,
aux inconvénients énumérés précédemment.
Cette disposition est d'une mise en pratique très simple et garantit
une consommation d'agent réducteur la plus faible possible. S'il est un lieu
où
l'homogénéité est garantie, c'est bien la zone de combustion des déchets
solides et en particulier le lit de sable dans un four à lit fluidisé.
L'invention consiste ainsi à injecter l'agent réducteur, notamment une
solution de réactif dénitrifiant, directement dans le combustible et/ou dans
l'air
de combustion avant son introduction dans le four, d'une manière aussi
homogène que possible. Ainsi, l'agent réducteur est vaporisé en même temps
que l'eau et la matière volatile contenue dans le combustible, et sa
répartition,
est assurée, au même titre que la charge de combustible, par la fluidisation
du
lit de sable.
Ce brassage intense, en plus de l'obtention de l'homogénéité, assure
la coexistence des NOx/agent réducteur/lit catalytique (sable + cendres) et
permet le déroulement de réactions de dénitrification catalysées à
températures
relativement basses, de l'ordre de 800 C, qui ne sont pas possibles en phase
homogène gaz/gaz à plus haute température selon le procédé classique SNCR.
Les réactions hétérogènes (catalytiques) sont du type :
4NH3 + 4N0 + 02 + C --> N2 + H20 (catalyse par carbone des déchets),
4NH3 + 4N0 + 02 + Ca0 - N2 + H20 (catalyse par cendres des déchets).
Si les réactions ne sont pas totales, la température plus élevée et le
temps supérieur à 2 s (2 secondes) dans la postcombustion permettent les
réactions de dénitrification à 850 C-870 C en phase homogène, sans les
inconvénients d'un procédé SNCR classique.
L'agent réducteur peut être injecté dans le combustible solide et
mélangé à celui-ci avant d'être introduit dans la chambre de combustion.
L'agent réducteur est injecté avec un co-réactif (chaux, calcaire,...) solide,
liquide ou gazeux.
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On peut effectuer une injection d'agent réducteur dans un
combustible liquide ou gazeux alimentant une zone où des combustibles
solides sont présents dans le four.
On peut effectue une injection d'agent réducteur dans un déchet
solide, sable ou cendres, en recirculation.
L'agent réducteur peut être injecté dans l'air de combustion du four
en amont de la chambre de combustion.
L'agent réducteur et le combustible sont mélangés de préférence
dans un organe de mélange.
Dans le cas d'un four à lit de sable fluidisé comportant un dispositif
de distribution homogène de l'air au travers du lit de sable, l'agent
réducteur
peut être injecté dans la boîte de distribution de l'air de combustion,
également
appelée boîte à vent.
L'agent réducteur peut être choisi parmi l'ammoniac ou l'urée.
De préférence, l'agent réducteur est vaporisé préalablement à son
injection dans l'air de combustion.
L'agent réducteur peut être injecté directement en phase solide, ou
liquide ou gazeuse, avec dilution éventuelle à l'eau.
Lorsque l'agent réducteur est injecté directement en phase liquide
sous forme pulvérisée, une aide à la pulvérisation de l'agent réducteur peut
être
assurée par ajout d'air en utilisant des buses d'atomisation.
Avantageusement, dans le cas d'un four à lit de sable fluidisé, on
contrôle la température du lit de sable où a lieu la réduction hétérogène par
modulation :
- du préchauffage de l'air de fluidisation, et/ou
- de la stoechiométrie de l'air de combustion, et/ou
- de la hauteur de la couche de sable, et/ou
- de l'utilisation de combustible auxiliaire.
D'une manière générale, on contrôle le taux d'oxydes d'azote NOx
et/ou d'ammoniac NH3 directement en sortie de l'enceinte de combustion, et on
règle l'injection d'agent réducteur en fonction des teneurs mesurées de NOx
et/
ou d'ammoniac NH3.
L'agent réducteur peut être injecté, au moins pour partie, dans un
recyclage de fumées.
Avantageusement, on effectue un contrôle de la température de la
zone de dévolatilisation où a lieu la réduction hétérogène par modulation du
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préchauffage de l'air de fluidisation, et/ou de la stoechiométrie de l'air de
combustion, et/ou de la hauteur de couche de sable, et/ou de l'utilisation de
combustible auxiliaire.
L'invention est également relative à une installation pour la mise en
oeuvre d'un procédé tel que défini précédemment, cette installation comportant
un four de combustion, en particulier un four d'incinération de déchets ou de
boues de station d'épuration d'eaux urbaines ou industrielles, le combustible
étant introduit dans un lit fluidisé ou sur une grille, et de l'air de
combustion
étant injecté dans le four, et étant caractérisée en ce qu'elle comporte une
conduite d'injection d'un agent réducteur dans la conduite de combustible
et/ou
dans la conduite d'air de combustion, en amont de la chambre de combustion,
et un organe de mélange pour assurer un mélange homogène de l'agent
réducteur avec le combustible et/ou l'air de combustion.
Avantageusement, l'installation comporte un organe de contrôle du
débit d'agent réducteur, et au moins un capteur de la teneur des fumées en
NOx ou en ammoniac NH3, en sortie du four, lequel capteur commande
l'organe de contrôle.
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'exemples de réalisation décrits
avec
référence aux dessins annexés, mais qui ne sont limitatifs. Sur ces dessins :
Fig. 1 est un schéma d'un four d'incinération à lit fluidisé de déchets
ou de boues de stations d'épuration, mettant en oeuvre le procédé de
l'invention.
Fig. 2 montre schématiquement, semblablement à Fig. 1, un four
d'incinération de déchets à grille.
Fig. 3 est un schéma blocs du procédé avec injection de l'agent
réducteur dans le combustible, et
Fig. 4 est un schéma blocs des étapes du procédé lorsque l'agent
réducteur est introduit dans l'air de combustion.
En se reportant à Fig. 1 des dessins, on peut voir un four de
combustion 1 à lit de sable B fluidisé, selon lequel de l'air de combustion et
de
fluidisation 2 est introduit en partie inférieure dans une boîte à vent A
surmontée d'une arche al supportant le lit B. L'arche al est traversée par des
tuyères a2 assurant la répartition de l'air soufflé dans le lit B. Un four de
ce type
est connu sous le nom Thermylis de la Société Degrémont. En général, la
température des gaz dans la chambre de combustion du four est inférieure à
900 C.
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Le lit B constitue une zone de dévolatilisation 3 qui contient les
déchets en phase solide et dans laquelle les matières volatiles se
dévolatilisent
et brûlent en partie. On rappelle que la dévolatilisation d'un combustible
désigne le processus par lequel, au cours d'un traitement thermique, le
combustible perd ses matières volatiles (eau, matière hydrocarbonées, oxyde
de carbone, hydrogène,...).
Le combustible est introduit en partie basse du lit B par au moins une
buselure latérale 4. Une zone de postcombustion 5 se situe dans l'enceinte du
four au-dessus du lit B.
L'injection 4 du combustible s'effectue ainsi dans la zone de
dévolatilisation 3. Le combustible peut être constitué par des boues de
station
d'épuration, des déchets ménagers, du fioul, ou du gaz, ou tout déchet
organique que l'on introduit dans un four pour le brûler.
Selon un premier aspect de l'invention, un agent réducteur 6 est
injecté directement dans le combustible, en particulier boues ou déchets,
avant
introduction dans la chambre de combustion H au niveau de la zone de
dévolatilisation 3. Cette injection peut s'effectuer par le biais d'un organe
de
contrôle 7 du débit de l'agent réducteur. L'injection de l'agent réducteur 6
est
effectuée par une canalisation 8 branchée sur la conduite d'arrivée 4a du
combustible. L'organe de contrôle 7 peut être du type vanne, pompe à débit
variable, vis écluse rotative ou tout autre dispositif permettant de réguler
le débit
de l'agent réducteur.
Cet agent réducteur 6 peut être constitué d'une solution
d'ammoniaque, d'ammoniac gazeux, d'urée en solution, d'acide cyanhydrique,
ou tout autre réactif qui assure la réduction chimique des oxydes d'azote NOx.
L'agent réducteur 6 peut aussi être sous forme d'une matière pulvérulente
notamment dans le cas où il est constitué par de l'urée.
L'organe de réglage du débit 7 peut être contrôlé par une mesure de
la concentration en oxydes d'azote NOx ou en ammoniac NH3 en aval du four 1,
notamment à l'aide d'un capteur 9 situé sur une conduite 10 de sortie des
fumées du four 5. De préférence, le capteur 9 est installé en sortie de la
zone
de postcombustion 5.
Un dispositif ou organe de mélange 11 est installé sur la conduite
d'arrivée 4a du combustible, en aval de l'injection de l'agent réducteur, pour
réaliser un mélange homogène et un contact intime entre le combustible et
l'agent réducteur 6. Ce dispositif mélangeur peut être constitué par une vis,
un
malaxeur, une zone de turbulence ou simplement un long tuyau ou tout moyen
permettant d'avoir à l'entrée de la zone de dévolatilisation 3 un mélange
aussi
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fin que possible du combustible et de l'agent réducteur 6.
Il est à noter que, selon l'invention, il est également possible
d'injecter l'agent réducteur 6 dans un combustible auxiliaire, fioul ou gaz,
qui
peut être introduit dans le four par une buselure 4b autre que la buselure 4,
pour stabiliser la combustion. Il est aussi possible d'injecter l'agent
réducteur 6
dans tout produit solide tel que cendres ou sable recirculé(es) dans la zone
de
dévolatilisation 3.
De préférence, une sonde 12 de mesure de la concentration en
oxydes d'azote NOx est prévue sur la conduite 10 juste en aval de la zone de
postcombustion 5. Une sonde 13 de mesure de la concentration en ammoniac
NH3 dans les fumées est également prévue en aval de la combustion sur la
conduite 10 pour contrôler la sur-stoechiométrie de la réaction. L'une des
deux
sondes 12, 13 peut être confondue avec le capteur 9.
Des capteurs de température de la zone de combustion sont prévus
dans le four, en particulier un capteur 14 de la température de la zone
hétérogène constituée par le lit 3 avec présence de solides, sable ou déchets,
ou de gaz. Ces capteurs de température sont implantés afin de contrôler et
d'adapter la température dans la zone concernée, en particulier en faisant
varier le préchauffage, par un préchauffeur El, de l'air de combustion qui
arrive
par la conduite 2, et en réglant la stoechiométrie ou sur-stoechiométrie de la
combustion par action sur une soufflante S donnant le débit de combustible
et/ou d'air de combustion.
Selon un deuxième aspect de l'invention, qui peut être combiné avec
le premier, l'agent réducteur 6 peut être injecté dans l'air de combustion et
de
fluidisation par une canalisation 8a branchée sur la conduite 2a d'arrivée
d'air
raccordée à la sortie d'une soufflante S. Un dispositif mélangeur 11 a est
prévu
sur la conduite 2a en aval de l'injection de l'agent réducteur pour assurer un
mélange homogène et intime avant arrivée dans la boîte à vent A, également
appelée boîte de distribution de l'air de combustion.
Les fumées sortant par la conduite 10 traversent le préchauffeur El,
constitué notamment par une unité formant échangeur de chaleur avec l'air de
combustion 2. Avant rejet à la cheminée C, les fumées peuvent traverser une
unité E2 assurant un traitement d'élimination des oxydes d'azote restant par
une réaction catalytique sélective (SCR).
L'invention est de préférence utilisée dans un four à lit de sable
fluidisé selon l'exemple de Fig. 1, pour exploiter le fort caractère
catalytique de
ce lit.
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Toutefois, l'invention peut aussi être utilisée dans un four à grille lb
(Fig. 2) comportant une grille 15 inclinée depuis l'entrée 15e des matières à
brûler, notamment des déchets urbains, jusqu'à la sortie 15s des résidus et
cendres. Un lit 3b de matières en combustion et de cendres se forme sur la
5 grille 15. L'air de combustion est introduit par une conduite 2b sur
laquelle est
installée une soufflante Sb. L'air de combustion 16 est soufflé dans une
chambre de distribution Ab au-dessous de la grille 15 en étant réparti sur
toute
l'étendue de cette grille par une rampe ou un dispositif non représenté.
L'agent réducteur est injecté, dans l'air de combustion, sous forme
10 gazeuse, ou liquide notamment selon une dispersion en gouttelettes, ou
sous
forme solide, notamment en poudre. L'injection a lieu dans la conduite 2b. Un
dispositif mélangeur 11b, situé en aval de l'injection, assure un mélange
homogène et un contact intime entre l'air et l'agent réducteur. Ce mélange est
soufflé sous la grille 15 et traverse la grille 15 et le lit 3b, qui joue un
rôle
analogue à celui du lit 3 de Fig. 1.
Selon la réalisation de Fig. 2, l'agent réducteur pourrait également
être introduit dans les matières à brûler ou dans le combustible injecté à
l'entrée 15e.
Lorsque l'agent réducteur 6 dénitrifiant est injecté directement dans
le combustible avant son introduction dans le four, l'agent réducteur est
vaporisé en même temps que l'eau et la matière volatile contenue dans le
combustible. La répartition de l'agent réducteur est assurée au même titre que
la charge de combustible par la fluidisation du lit de sable 3 ou, dans le cas
d'un
four à grille, par le brassage des cendres et des matières en combustion du
lit 3b.
Le brassage intense, en plus d'assurer l'obtention de l'homogénéité
et de l'action catalytique du lit de sable 3 ou du lit de cendres 3b, permet
le
déroulement de réactions de dénitrification catalysées à température
relativement basse, de l'ordre de 800 C, qui ne seraient possibles en phase
homogène gaz/gaz qu'à des températures plus élevées.
Les réactions hétérogènes catalytiques sont du type :
4NH3 + 4N0 + 02 + C N2 + H20 (catalyse par carbone des déchets),
4NH3 + 4N0 + 02 + Ca0 N2 + H20 (catalyse par cendres des déchets).
Si les réactions ne sont pas totales, la température plus élevée et le
temps de séjour supérieur à 2 s (2 secondes) dans la zone de postcombustion
5, 5b, permettent les réactions de dénitrification à 850 C-870 C en phase
homogène, sans présenter les inconvénients d'un procédé SNCR classique.
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Dans le cas où l'agent réducteur dénitrifiant est injecté dans l'air de
combustion/fluidisation, le mélange passe au travers du déchet à brûler.
La boîte à vent A située sous l'enceinte de combustion est le lieu
permettant la distribution homogène et contrôlée de l'air de combustion dans
l'enceinte. C'est une zone vide dont la liaison avec l'enceinte de combustion
est
constituée d'une arche al avec orifices, ou d'une grille 15 qui peut être
formée
d'un simple orifice percé, ou de tuyères de distribution, ou d'une grille
mobile ou
tout autre moyen permettant la distribution homogène de l'air dans l'enceinte
de
combustion.
L'air de combustion arrive dans la boîte à vent après avoir ou non été
préchauffé dans un préchauffeur El pouvant être un échangeur air-fumées, air-
vapeur, air-huile ou eau ou tout autre système permettant de monter en
température l'air de combustion.
L'agent réducteur 6 est mélangé au moyen d'une canne de
répartition (non représentée) implantée dans la conduite ou gaine 2a,2b d'air
de
combustion réchauffé entre le préchauffeur et la boîte à vent. Si l'agent
réducteur est sous forme aqueuse il est préalablement vaporisé par injection
de
vapeur, d'air comprimé ou tout autre moyen permettant une bonne répartition
dans la gaine entre le préchauffeur et la boîte à vent.
Le dosage de la quantité d'agent réducteur est assuré par une vanne
de régulation 7a,7b placée sur la tuyauterie de l'agent réducteur avant, ou de
préférence après, la vaporisation. Cette vanne peut être régulée en fonction
de
la teneur en NOx et/ou de NH3 mesurée en aval.
L'agent réducteur est alors acheminé au four via la boîte à vent et la
grille.
En particulier dans un lit fluidisé, tel que le lit 3 de Fig. 1, la perte de
charge des tuyères a2 permet une répartition homogène du flux d'air de
combustion chargé en agent réducteur. Un phénomène semblable se produit
dans le cas d'un four à grille tel que celui de Fig. 2. Ensuite, le passage de
l'air
de combustion chargé de l'agent réducteur dans le lit 3 ou dans le lit 3b
assure
un brassage intense entre les oxydes d'azote NOx et l'agent réducteur pour
favoriser la réaction de réduction. En plus de l'obtention de l'homogénéité,
la
coexistence des oxydes d'azote NOx/agent réducteur/lit catalytique (sable +
cendres) permet le déroulement des réactions de dénitrification catalysées à
température relativement basse (800 C).
Fig. 3 est un schéma blocs résumant le fonctionnement de l'invention
dans le cas où l'agent réducteur est injecté dans le combustible.
Le combustible arrive par la conduite 4a dans l'organe de mélange
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11, lequel reçoit, par l'intermédiaire de l'organe de contrôle 7, l'agent
réducteur 6.
Le mélange, obtenu en sortie de l'organe 11, est homogène et un
bon contact est assuré entre le combustible et l'agent réducteur. Ce mélange
est introduit dans la zone de dévolatilisation 3 du four 1. L'air de
combustion et
de fluidisation est injecté dans cette zone 3. La combustion se poursuit dans
la
zone de postcombustion 5. Les capteurs 9, 12 et 13 assurent la mesure des
concentrations en oxydes d'azote NOx et NH3 dans les fumées qui sortent par
la conduite 10.
Fig. 4 est un schéma blocs illustrant le fonctionnement de l'invention
lorsque l'agent réducteur est injecté dans l'air de combustion.
L'agent réducteur 6 est dirigé par la conduite 8a,8b vers la vanne de
contrôle 7a,7b avant d'être injecté dans la conduite 2a,2b d'air de combustion
qui, généralement, a été préchauffé par un préchauffeur El à l'aide des
fumées. On peut prévoir en amont de la vanne de contrôle 7a, 7b une dilution
ou une injection d'air à la pulvérisation 17 dans l'agent réducteur 6.
Le mélange d'air de combustion et d'agent réducteur est introduit
dans la boîte à vent A ou sous la grille 15, dans le cas d'un four à grille,
puis
dans l'enceinte de combustion d'où sortent les fumées par la conduite 10.
Selon l'invention, les oxydes d'azote NOx sont détruits dans le lit de
sable 3 ou dans le lit de cendres 3b dont la partie minérale agit comme un
catalyseur.
En début de combustion, la vitesse d'introduction des boues ou
matières à brûler est augmentée afin de constituer une couche, en particulier
le
lit 3b dans le cas d'un four à grille. Cette phase de démarrage peut durer
environ 10 à 15 minutes.
L'invention permet d'assurer une dénitrification efficace des fumées
produites par un four de combustion, en particulier un four d'incinération de
déchets ou de boues de stations d'épuration d'eaux urbaines ou industrielles.
