Module d'enseignement ASTEP

Incinération

DéfinitionL'incinération

L'incinération est une oxydation poussée haute température de la matière organique volatile en un mélange gazeux (CO2 + H2O+AOx + COx + SOx) et en eau. La matière minérale peut faire l'objet d 'une oxydation mais reste minérale (cendres).

La faculté d'incinération des boues est fonction de leur teneur en matière organique, et de leur siccité, caractéristiques qui déterminent la valeur du Pouvoir Calorifique Inférieur ou PCI[1] et influent sur le traitement des boues en aval (déshydratation poussée).

Incinération spécifique

Les conditions d'incinération des boues sont :

  • Température :

    • bonne combustion des MV[2] et éviter formation de composés réduits il faut au minimum 800°C   

               REGLEMENTATION : 850°C

  • Oxygène :

    • Conséquence sur la quantité de cendres : peu d 'O2 - pyrolyse - partie réduite - carbone fixé.

    • lié à la technologie  :

      2% combustion type gaz-gaz et fonction du mélange ;

      12 % combustion solide dispersé dans air (augmentation qté O2 )

  •                          REGLEMENTATION : 6% en volume

  • Temps contact (exprimé sur les fumées) : REGLEMENTATION : 3 secondes

Les boues sont généralement incinérées dans des fours à lit fluidisé, enceinte verticale fermée contenant un lit de sable chaud (750-850°C) maintenu en suspension par un courant d 'air ascendant (1-2 m/s) injecté au travers d 'une grille de répartition. Les boues sont injectées dans le lit (vis ou pompe gaveuse) ou introduite en tête. La production de cendres volantes est rejetée avec les gaz et incinérée en post combustion. L'autocombustibilité des boues est atteinte à 40% MS . Elle peut nécessiter un combustible d'appoint.

DéfinitionAutocombustibilité

Atteinte lorsque la chaleur dégagée par la combustion est suffisante pour maintenir le gaz de combustion à 850 - 900°C

Four à lit de sable fluidisé

Ce procédé à l'avantage d'être un four statique sans partie mobile, de permettre une désodorisation totale des fumées.

Ce procédé est plus adapté aux stations à partir de 150 000 EH.

Four à lit de sable fluidisé (Source OTV)
Four à lit de sable fluidisé

1 - Boues déshydratées

2 - Sable

3 - Air de fluidisation

4 - Air de refroidissement

5 - Sortie air de refroidissement

6 - Sortie atmosphère

7 - Sortie des cendres

8 - Chaux ou Bicarbonate

9 - Combustible

10 - Air de préchauffage

11 - Sable et boues

12 - Mélangeur

Aqualingua (2003) - Source OTV

Co-incinération avec les ordures ménagères

Sur une installation existante, le rapport massique boues brutes / ordures ménagères est compris entre 10 et 20 % (Foyers à grille, à rouleaux ou oscillants).

Dans le cas de boues pâteuses (jusqu'à 35 % de siccité), la quantité de boues dépend de la quantité d'excès d'air disponible (si l'on souhaite maintenir la capacité thermique du four).

Ce procédé est plus adapté aux stations entre 50000 et 300000 EH

  • PCI OM 1800 - 2000 kcal/kg : pas d'apport d 'énergie

  • Boue pâteuse (15 - 40% - MO 40%) : injecteur   proportion : 15 à 20 % boue brute

  • Boue séchée (65% à >) : projection de poudre fluidisée ou en mélange       proportion : 5 à 8 %

  • Les résidus minéraux doivent être dans les mâchefers et le taux d 'imbrûlés < 5%

  • L'injection dans le four peut être mené soit par :

    • Injection par extrusion (boudin de 20 mm)

    • Injection par pulvérisation

Les mâchefers (Base du four), qui sont la fraction incombustible (verre, ferraille, inertes) produit lors de l'incinération des ordures ménagères peuvent être valorisés en routier ou considérés comme des déchets ultimes.

Deux techniques sont possibles :

  • un mélange préalable avec les ordures ménagères (siccité de 15 à 25%), valable pour de petites stations, sans solution alternative

  • l'injection de boues pâteuses directement dans le four d'incinération (siccité de 20 à 40%) Le mélange est  entre 10 et 20 % du tonnage d'OM incinéré en fonction de la siccité et de la teneur en matière organique des boues). La température de four est de 850°C.

Avantages/inconvénients de l'incinération des boues

Avantages

Inconvénients

  • Encombrement réduit

  • Adaptatif

  • Fonctionnement simple et automatisé

  • Injection simple et maîtrisée

  • Application à tout type de boue

  • Restitution en concentration des métaux lourds dans les cendres

  • Traitement des cendres (vitrification, solidification, CET) ==> coût

  • Traitement des fumés (hydrocyclones, électrofiltres, laveurs humides) ==> coût

  • Coût d'exploitation et d'investissement

  1. PCI : pouvoir calorifique inférieur (kcal/kg) : quantité de chaleur produite par la combustion complète d 'une unité de masse de substance dans les conditions telles que la température des réactifs et des produits de la réaction est égale à 20°C, et que l 'eau dégagée par la combustion se trouve à l 'état de vapeur (eau non condensée)PCI boue sèche : 5000 kcal/kg de MVPCI fuel : 10 000 kcal/kg, Charbon : 8-9000 kcal/kgPCI OM : 1800 à 2000 kcal/kg

  2. MV : Matière Volatile

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