Oxydation Thermique
Qu’est-ce que c’est?
L'oxydation thermique (souvent appelée « incinération », « incinération thermique » ou « combustion oxydante ») est le processus d'oxydation des gaz combustibles et des substances odorantes dans un flux de gaz résiduaires en chauffant un mélange de contaminants avec de l'air ou de l'oxygène au-dessus de son auto-allumage point dans une chambre de combustion et la maintenir à une température élevée pendant un temps suffisant pour terminer la combustion en dioxyde de carbone et en eau.
Après oxydation thermique, les principaux constituants des gaz résiduaires traités sont la vapeur d'eau, l'azote, le dioxyde de carbone et l'oxygène. En fonction de la teneur en polluants des gaz résiduaires bruts incinérés et des conditions de fonctionnement de l'oxydant thermique, d'autres polluants peuvent être présents dans les gaz résiduaires traités tels que CO, HCl, HF, HBr, HI, NOX, SO2, COV, PCDD/PCDF, PCB et composés de métaux lourds (entre autres). Il peut nécessiter un traitement en amont en fonction de la composition des gaz résiduaires bruts ou un traitement supplémentaire en aval du gaz résiduaire traité.
Selon les températures de combustion au cours des principales étapes de l'incinération, les métaux lourds volatils et les composés inorganiques (par exemple les sels) sont totalement ou partiellement évaporés. Ces substances sont transférées des déchets entrants aux gaz résiduaires traités et aux cendres volantes qu'ils contiennent. Un résidu minéral de cendres volantes (poussière) et de cendres solides plus lourdes (cendres inférieures) sont créés.
Figure 1. Schéma d'un oxydant thermique régénératif
Figure 2. Schéma d'un oxydant thermique récupérateur
Le temps, la température (environ 200 à 400 °C au-dessus de l'auto-allumage), la turbulence (pour le mélange) et la disponibilité de l'oxygène affectent tous le taux et l'efficacité du processus de combustion. Ces facteurs fournissent les paramètres de conception de base pour les systèmes d'oxydation des COV/odeurs.
Plusieurs types d'oxydants thermiques sont exploités :
Plusieurs types d'oxydants thermiques sont exploités :
- L'oxydant thermique droit, constitué d'une chambre de combustion et n'incluant aucune récupération de chaleur des fumées.
- L'oxydant thermique régénératif(Figure 1), en procédant comme suit :
- flux de gaz résiduaire entrant dans l'oxydant par l'entrée commune et passant dans une chambre de régénération à travers une vanne papillon ;
- puis passage à travers une matrice d'échange thermique en céramique, qui élève la température du gaz presque jusqu'à la température d'oxydation ;
- puis entrant dans la chambre de combustion, qui est maintenue à 800-1000°C par les brûleurs, la chaleur dégagée diminuant la consommation de combustible des brûleurs ;
- puis sortie de la chambre de combustion à travers une seconde matrice d'échangeur de chaleur en céramique, transférant son énergie thermique pour être réutilisée pour le préchauffage du cycle suivant ;
- libérant le flux de gaz propre à travers une vanne de sortie pour évacuer.
- L'oxydant thermique récupérateur (figure 2), comportait une chambre de combustion, le préchauffeur des gaz résiduaires et, le cas échéant, un échangeur de chaleur de récupération d'énergie secondaire, la chaleur étant transférée en continu au préchauffeur. Ce système est particulièrement adapté aux débits de flux de gaz résiduaires de l'ordre de 1000 50000 à XNUMX XNUMX Nm3/h. En général, une récupération de chaleur de 50 à 80 % est obtenue.
- Moteurs à gaz et/ou chaudières à vapeur, avec 57 à 67 % de valorisation énergétique. Les gaz résiduaires sont brûlés dans le moteur. La concentration du gaz d'admission doit être contrôlée pour s'assurer qu'il est brûlé efficacement dans le moteur. Si nécessaire, du gaz naturel peut être ajouté comme combustible d'appoint ou le flux de déchets peut devoir être dilué. Les générateurs en aval produisent de l'électricité. Le moteur contient un convertisseur catalytique, principalement pour oxyder le monoxyde de carbone dans le flux de gaz. Le moteur est couplé à une chaudière à vapeur pour utiliser la chaleur perdue des fumées pour la production de vapeur. L'eau d'alimentation de la chaudière est préchauffée par l'eau de refroidissement du moteur. Avec des températures de combustion basses, la formation de NOX est faible. Les fumées sortant du moteur à gaz sont dirigées sur des catalyseurs d'oxydation pour réduire la teneur en monoxyde de carbone.
Ce système est particulièrement adapté aux flux de gaz résiduaires avec des débits compris entre 5,000 10,000 et 3 90 Nm97/h. En général, une récupération de chaleur de XNUMX à XNUMX % (préchauffage des gaz résiduaires) est obtenue.
Conception, maintenance et efficacité
Les critères de conception d'un système d'oxydation thermique dépendent principalement de la nature du flux de gaz résiduaire (c'est-à-dire des caractéristiques chimiques et physiques telles que la taille des particules, la composition, ainsi que des caractéristiques thermiques telles que le pouvoir calorifique et le taux d'humidité), qui déterminent les conditions de combustion.
Les oxydants thermiques doivent être inspectés régulièrement et, si nécessaire, nettoyés pour maintenir de bonnes performances et une bonne efficacité. Lorsque des dépôts excessifs se produisent, des mesures préventives doivent être prises en nettoyant le gaz entrant avant qu'il n'entre dans le comburant.
Les paramètres surveillés qui doivent déclencher une alarme lorsque les valeurs définies sont dépassées comprennent :
Les oxydants thermiques doivent être inspectés régulièrement et, si nécessaire, nettoyés pour maintenir de bonnes performances et une bonne efficacité. Lorsque des dépôts excessifs se produisent, des mesures préventives doivent être prises en nettoyant le gaz entrant avant qu'il n'entre dans le comburant.
Les paramètres surveillés qui doivent déclencher une alarme lorsque les valeurs définies sont dépassées comprennent :
- température de combustion;
- concentration de COV;
- concentration de monoxyde de carbone;
- pression;
- alimentation en gaz liquéfié;
- alimentation en air comprimé.
Applicabilité
Tableau 1 montre les limites d'application et les restrictions associées à l'oxydation thermique (adapté de EIPPCB, 2016, tableau 3.204).
Tableau 1. Limites d'application et restrictions associées à l'oxydation thermique.
Tableau 1. Limites d'application et restrictions associées à l'oxydation thermique.
| Question | Limites/Restrictions |
|---|---|
| Débit de gaz (Nm3/ h) | 90-86000 (comburant direct et régénératif) 90-86000 (comburant thermique récupérateur) |
| Température (° C) | 900-1200 |
| Pression (MPa) | Atmosphérique |
| Perte de charge (mbar) | 10 - 50 |
| Teneur en particules (Nm3/ h) | <3 |
| Temps de séjour | 0.5-2 |
| Humidité relative des gaz résiduaires | max 70% |
