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EP0593665A1 - Procede d'incineration de materiaux, notamment de graphite irradie. - Google Patents

Procede d'incineration de materiaux, notamment de graphite irradie.

Info

Publication number
EP0593665A1
EP0593665A1 EP92915960A EP92915960A EP0593665A1 EP 0593665 A1 EP0593665 A1 EP 0593665A1 EP 92915960 A EP92915960 A EP 92915960A EP 92915960 A EP92915960 A EP 92915960A EP 0593665 A1 EP0593665 A1 EP 0593665A1
Authority
EP
European Patent Office
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suspension
graphite
combustion
particles
solid
Prior art date
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Application number
EP92915960A
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German (de)
English (en)
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EP0593665B1 (fr
Inventor
Gerard Antonini
Olivier Lepez
Jean-Pierre Perotin
Philippe Sajet
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Association Gradient
Orano DS Demantelement et Services SA
Original Assignee
GRADIENT
Association Gradient
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Filing date
Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/14—Processing by incineration; by calcination, e.g. desiccation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/18—Radioactive materials

Definitions

  • the present invention relates to a method for incinerating graphite, in particular irradiated graphite and more generally a combustible material, such as waste, with a limited production of fumes, in order to avoid significant and costly treatment thereof.
  • the invention proposes a process for incinerating a material, with a prior preparation of the latter.
  • the process comprises, before combustion, the continuous production of the following steps: division of the material into particles,
  • the oxidizing gas can be oxygen or enriched air and the pressure of the foam obtained will be of the order of 2 to 10 bars, depending on whether the opening of a regulating valve located before the combustion furnace, i.e. the pressure in the furnace and the pressure drop between the pump outlet and the combustion furnace.
  • the maximum of the solid fraction (from 35 to 45% by weight of the suspension) will depend on the apparent density of the pulverized solid and on its lower calorific value. For example, since graphite has a high calorific value and an apparent density, the solid fraction will be of the order of 35%. For lower criteria, the fraction may be higher without damaging the pumpable nature of the product or leading to too hot combustion.
  • the diagram shown in the drawing illustrates a processing and incineration chain for a crude product 1, which in this case is graphite.
  • the first step in the treatment of this product consists of grinding 2. Grinding can consist of several stages using several types of apparatus so as to obtain a powdery product of suitable particle size (for example 80% of the particles whose diameter is less than 200 ⁇ ). This grinding can be carried out in a humid environment to avoid the release of dust and reduce the risk of explosion which results therefrom, and also to obtain a fluid which is transportable by means of pumps.
  • the powdered graphite obtained at the outlet of the mills 2 is added with water in a mixer 3.
  • a pump 4 With the aid of a pump 4, the continuous circulation of the product coming from the mixer 3 is ensured in the direction for example of a concentration 5 (acting by measuring the viscosity for example) to result in a mixer 6 for adjusting this concentration by adding water.
  • the product leaving this mixer 6 will have a content at most equal to 35% of solid particles.
  • This is a relatively charged aqueous suspension which is very easily pumpable.
  • This suspension is by means of a pump 7 introduced into a mixer 8 intended to produce a three-phase liquid-solid-gas mixture. To do this, is introduced into the mixer, in addition to the suspension to be transformed into foam, surfactant additives 9 and a swelling gas 10. In the present case the gas will be oxygen.
  • the pressurization of the foam has a double advantage: firstly it becomes self-propelling by partial expansion in the supply lines 12 of a combustion hearth 13, and secondly the relaxation of this foam in the hearth promotes his injection.
  • the hearth 13 is a cyclone hearth known in itself which has the advantages mentioned above with regard to the residence time of the particles and the relative gas-solid speed, in order to achieve complete combustion of the product.
  • Oxygen 14 is introduced into the hearth 13 as combustion gas. It should be noted that the combustion may include a post-combustion stage.
  • the ashes are collected in an ashtray 15 while the fumes 16 are led into a water cooler 17 which makes it possible to condense the water vapor produced by combustion.
  • This cooler will include a devesiculator retaining the droplets of water.
  • the fumes thus freed from the aqueous effluents pass through a heater 18 which places them at a temperature above the dew point to avoid any condensation which could be detrimental to the operation of the very high efficiency filters 19 through which the fumes pass.
  • These filters make it possible to trap the solid residues 20 while the gaseous phase of the fumes is transmitted to the atmosphere by an extraction fan and a chimney 22.
  • aqueous foam greatly facilitates the conduct of the incineration hearth since the production of water vapors tends to lower the temperature and the regulation of the solid load of the foam makes it possible to achieve simple regulation of the operation of the oven, or even its extinction in an emergency if the solid fuel is completely removed from the foam.
  • polluted combustible liquid for example a used or contaminated oil

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Abstract

Le procédé d'incinération d'un matériau (1) combustible comporte avant la combustion (13) les étapes de: division (2) du matériau en particules, incorporation (3) du matériau divisé dans un milieu aqueux à raison d'une proportion de solide par rapport au liquide au plus égale à 35 % en poids, moussage et pressurisation de la suspension réalisés par incorporation d'un gaz comburant (10) d'additifs tensio-actifs (9) dans un mélangeur (8) de la suspension.

Description

Procédé d'incinération de matériaux, notamment de graphite irradié.
La présente invention concerne un procédé pour incinérer du graphite,.notamment du graphite irradié et plus généralement un matériau combustible, tel qu'un déchet, avec une production de fumées limitée, afin d'éviter un traitement important et coûteux de celles-ci.
L'incinération des déchets est l'une des méthodes les plus employées pour les dégrader. La protection de
1'environnement impose cependant des contraintes de plus en plus sévères en ce qui concerne les rejets dans l'atmosphère, ce qui conduit à des installations de traitement des fumées importantes pour retenir les éléments indésirables et/ou polluants.
Il est donc utile de produire un minimum de fumées de manière à diminuer les volumes à traiter en sortie d'incinérateur.
Il est également utile d'éviter la production de composants gazeux nocifs (par exemple des oxydes d'azote) au cours de 1'incinération et 1'un des moyens permettant de limiter cette production est de limiter la température de combustion.
Il est enfin avantageux de pouvoir procéder à une combustion complète et de disposer d'une cinétique de réaction rapide.
Dans le but d'atteindre ces objectifs, l'invention propose un procédé d'incinération d'un matériau, avec une préparation préalable de ce dernier.
Ainsi, conformément à l'invention, le procédé comporte, avant la combustion, la réalisation en continu .des étapes suivantes : - division du matériau en particules,
- incorporation du matériau divisé dans un milieu aqueux additionné de produits moussants (tensio-actifs) à raison d'un maximum de 35 % à 45% en poids de solide selon la nature du solide considéré, - élévation en pression de la suspension ainsi obtenue, et moussage de la suspension sous pression réalisé par incorporation d'un gaz comburant sous pression. Le gaz comburant peut être de 1'oxygène ou de 1'air enrichi et la pression de la mousse obtenue sera de l'ordre de 2 à 10 bars, en fonction, soit de l'ouverture d'une vanne de régulation située avant le foyer de combustion, soit de la pression dans le foyer et de la perte de charge entre la sortie de la pompe et le foyer de combustion. Le maximum de la fraction solide ( de 35 à45% en poids de la suspension) dépendra de la masse volumique apparente du solide pulvérisé et de son pouvoir calorifique inférieur. Par exemple, le graphite ayant un pouvoir calori¬ fique et une masse volumique apparente élevés, la fraction solide sera de l'ordre de 35%. Pour des critères plus faibles, la fraction pourra être plus élevée sans que cela nuise au caractère pompable du produit ni conduise à une combustion trop chaude.
D'autres caractéristiques et avantages de 1'inven- tion ressortiront de la description d'un mode de réalisation donné ci-après à titre d'exemple, appliqué à l'incinération du graphite et notamment du graphite irradié.
Il sera fait référence au dessin annexé qui représente par une figure unique le schéma du procédé mis en oeuvre par l'invention.
Il existe actuellement un besoin de traiter par incinération le graphite usagé et irradié provenant du démantèlement de réacteurs nucléaires. Ce graphite se présente sous deux formes géométriques, en briques et en tubes. La qualité nucléaire du matériau est telle qu'il ne contient pratiquement que du carbone pur ; les impuretés sont en concentration très faibles. Afin de réduire le volume de ce graphite à stocker sous forme de déchets, il a été proposé de le broyer et de l'incinérer. Il a été en effet montré que la combustion est d'autant plus complète que le diamètre des particules est faible, que le temps de séjour dans le foyer de ces particules est important et que la vitesse relative gaz-solide est également importante.
Pour satisfaire à ces conditions, il a été retenu un foyer de type cyclone bien que ce foyer ne soit pas une solution parfaite à tous les problèmes rencontrés lors de cette combustion, notamment par le transport du solide divisé en particules très fines, et d'autre part du fait de la génération d'oxydes d'azote toxiques. Par ailleurs, compte tenu du fait que le matériau à incinérer comporte des particules radio-actives, et qu'une fraction de ces particules se retrouveront entraînées par les fumées de la combustion, il est tout-à-fait indispensable de traiter ces fumées à la sortie de l'incinérateur, et le procédé de traitement sera d'autant plus économique que le volume de fumées sera le plus réduit possible.
La réponse à ces contraintes réside, selon l'inven¬ tion, dans la préparation du combustible.
Le schéma représenté au dessin illustre une chaîne de traitement et d'incinération d'un produit brut 1, qui dans le cas d'espèce, est du graphite. La première étape du traitement de ce produit consiste en un broyage 2. Le broyage peut consister en plusieurs étapes mettant en oeuvre plu¬ sieurs types d'appareils de manière à obtenir en sortie un produit pulvérulent de granulométrie appropriée (par exemple 80 % des particules dont le diamètre est inférieur à 200 μ ) . Ce broyage peut être réalisé en milieu humide pour éviter les dégagements de poussières et diminuer les risques d'explosion qui en résultent, et également obtenir une fluide qui est transportable au moyen de pompes.
Le graphite pulvérulent obtenu à la sortie des broyeurs 2 est additionné d'eau dans un mélangeur 3. A l'aide d'une pompe 4, la circulation continue du produit issu du mélangeur 3 est assurée en direction par exemple d'un détecteur de concentration 5 (agissant par mesure de la viscosité par exemple) pour aboutir à un mélangeur 6 d'ajus¬ tement de cette concentration par addition d'eau. Le produit sortant de ce mélangeur 6 aura une teneur au plus égale à 35 % de particules solides. Il s'agit là d'une suspension aqueuse relativement chargée qui est très facilement pompa- ble. Cette suspension est à l'aide d'une pompe 7 introduite dans un mélangeur 8 destiné à fabriquer un mélange triphasi- que liquide-solide-gaz. Pour ce faire, on introduit dans le mélangeur, outre la suspension à transformer en mousse, des adjuvents tensio-actifs 9 et un gaz de foisonnement 10. Dans le cas présent le gaz sera de l'oxygène.
Grâce à une vanne de régulation de pression 11 en aval de la pompe ou à la perte de charge du circuit, on peut obtenir une mousse pressurisée, par exemple entre 2 et 10 bars. La pressurisation de la mousse présente un double intérêt : tout d'abord elle devient autopropulsive par détente partielle dans les conduites d'alimentation 12 d'un foyer de combustion 13, et d'autre part la détente de cette mousse dans le foyer en favorise son injection. Le foyer 13 est un foyer cyclone connu en lui-même qui présente les avantages rappelés ci-dessus en ce qui concerne le temps de séjour des particules et la vitesse relative gaz-solide, pour accéder à une combustion complète du produit. De l'oxygène 14 est introduit dans le foyer 13 comme gaz de combustion. On notera que la combustion peut comporter un étage de post-combustion. Les cendres sont recueillies dans un cendrier 15 tandis que les fumées 16 sont conduites dans un refroidisseur à eau 17 qui permet de condenser la vapeur d'eau produite par la combustion. Ce refroidisseur incluera un dévésiculiseur retenant les goutte¬ lettes d'eau. Les fumées ainsi débarrassées des effluents aqueux, passent dans un réchauffeur 18 qui les place à une température au-dessus du point de rosée pour éviter toute condensation qui pourrait être nuisible au fonctionnement des filtres à très haute efficacité 19 traversés par les fumées. Ces filtres permettent de piéger les résidus solides 20 tandis que la phase gazeuse des fumées est transmise à l'atmosphère par un ventilateur d'extraction et une cheminée 22.
Afin d'illustrer l'intérêt de la préparation dn graphite sous forme d'une mousse chargée à base aqueuse (mélange triphasique eau, oxygène, graphite), on donnera ci- après des éléments comparatifs entre une incinération réalisée au moyen d'une technologie connue (par exemple en lit fluidise) et une incinération par foyer cyclone avec le combustible introduit sous forme de mousse.
On remarque de ce tableau une réduction de 60 % du débit massique des fumées produites par la combustion du graphite en foyer cyclone par rapport à celles en lit fluidi¬ se. En outre, les fumées en sortie du foyer cyclone contien¬ nent pratiquement 50 % d'eau. Ainsi les fumées à traiter avant rejet dans l'atmosphère sont 78 % moins importantes en masse lors d'une incinération dans un foyer cyclone que lors d'une incinération en lit fluidise. On comprend donc que les installations de filtration et d'épuration sont beaucoup moins importantes dans une technique que dans l'autre.
De ce tableau on comprend également 1'intérêt de procéder, d'une part à la formation d'une mousse à partir d'oxygène (bien que cet oxygène ne représente que moins de 4% de l'oxygène nécessaire à la combustion du produit) et d'autre part et surtout, à utiliser comme comburant de l'oxygène pur : on évite ainsi la production d'oxydes d'azote.
L'utilisation d'une mousse aqueuse facilite grandement la conduite du foyer d'incinération puisque la production de vapeurs d'eau tend à abaisser la température et la régulation de la charge en solide de la mousse permet de réaliser une régulation simple du fonctionnement du four, voire son extinction en cas d'urgence si on supprime totale¬ ment le solide combustible de la mousse. Enfin, on ajoutera qu'il est possible d'inclure une fraction relativement faible de liquide combustible pollué (par exemple une huile usagée ou contaminée) dans la suspen¬ sion avant foisonnement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'incinération d'un matériau (1) combustible caractérisé en ce qu'il comporte avant la combustion (13) la réalisation en continu des étapes suivan¬ tes :
- division (2) du matériau en particules,
- incorporation (3) du matériau divisé dans un milieu aqueux à raison d'une proportion maximale de solide par rapport au liquide de 35 % à 45% en poids
- élévation de la pression de la suspension a_.rt.si réalisée,
- et moussage de la suspension pressurisée réalisé par incorporation d'un gaz comburant (10) et d'additifs tensio-actifs (9) dans un mélangeur (8) de la suspension.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz comburant est de l'oxygène.
EP92915960A 1991-07-15 1992-07-09 Procede d'incineration de materiaux, notamment de graphite irradie Expired - Lifetime EP0593665B1 (fr)

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