La dépollution des fumées d'une centrale thermique

La dépollution des fumées des centrales thermiques est un enjeu majeur de tout exploitant de procédé thermique. Le traitement des polluants est réalisé produit par produit en fonction de la technologie de dépollution choisie. 

Partout dans le monde, des engagements fixent des objectifs de réduction ou de limitation des polluants à l’émission dans les centrales thermiques. Ces engagements sont très forts notamment en Europe. En effet, des directives européennes établissent des valeurs limites à ne pas dépasser. Elles fixent aussi des objectifs de concentration maximales à atteindre.

Les centrales thermiques représentent aujourd'hui une part importante des émissions de polluants qui sont généralement des oxydes d'azote, dioxyde de soufre, dioxyde de carbone, des poussières voire des métaux lourds. Les centrales thermiques doivent donc continuellement améliorer leur empreinte environnementale.

Les centrales industrielles peuvent être triées en trois groupes :

• Les centrales industrielles de revalorisation comme les incinérateurs. Ces usines transforment les déchets du quotidien en énergie, utilisée régulièrement dans des réseaux de chaleur urbain.
• Les centrales thermiques de production d'électricité ou de vapeur comme les centrales à charbon, à fioul ou à Combustibles solides de récupération (CSR). Ces unités industrielles transforment leur comburant en vapeur qui peut être utilisée à l’état brut ou être elle-même transformée en électricité.
• Les centrales thermiques de fabrication comme les cimenteries. Ces centrales industrielles sont utilisées dans des process nécessitant une source de chaleur directe à une étape de sa fabrication.

Pour diminuer les rejets de polluants, il est possible d'agir sur trois axes :

• Le combustible, en utilisant une source moins polluante et de meilleure qualité (sauf dans le cas des incinérateurs)
• La combustion, en se servant de technologies plus performantes et émettant moins de rejets
• La dépollution des fumées (ou lavage des fumées) pour les débarrasser des polluants qu'elles contiennent

La dépollution reste la manière la plus universelle de diminuer les émissions polluantes dans l'air.

Il existe trois grandes familles de procédés de dépollution des fumées : humide, sec ou semi-humide. Le procédé semi-humide est un mix des deux premiers. Il a de grands avantages mais nécessite un prétraitement des poussières.

Traitement des poussières

Les poussières peuvent être traitées par deux méthodes.

1. La filtration des fumées peut être faite avec des médias filtrants comme dans un dépoussiéreur ou dans un système de filtration à voie humide.
2. Le retrait des poussières peut aussi être effectué par simple cyclonage. Les fumées passent par un cyclone adapté. Les poussières, plus lourdes que l'air, tombent dans le bas du cyclone quand les fumées, plus légères, seront évacuées par le haut du cyclone.

Retrait des dioxines/furannes

Les dioxines et les furannes sont des substances chimiques toxiques que l'on retrouve en très petites quantités dans l'environnement. On compte 210 dioxines et furanes différents.
Ces substances doivent être retirées des émanations des centrales. Elles sont traitées par injection de charbon actif en poudre dans la chambre de saturation et par adsorption des dioxines. L'adsorption est un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquide se fixent sur les surfaces solides des adsorbants.
Le charbon actif est livré en big bag ou en vrac. Il est stocké en silos puis un transfert pneumatique poussé injecte le charbon actif directement dans les fumées à traiter.

Dépollution du soufre

Lors du traitement des gaz de combustion, le soufre est traité par de la soude ou de la chaux. La chaux peut être sous forme de lait de chaux ou de chaux sèche. Le lait de chaux a aussi la fonction d'augmenter le taux d'humidité des fumées et ainsi réduire leur température. La dépollution des fumées est réalisée car la chaux absorbe très facilement les gaz acides (fluor, chlore et soufre). En séchant, la chaux tombe en poudre sèche et permet ainsi l'élimination facile de ces polluants. Le lait de chaux est fabriqué par un process industriel de mélange de chaux éteinte et d'eau. La chaux peut être dosée depuis un silo ou directement depuis des big bags de chaux.

DeNox des fumées industrielles

Les fumées de centrales thermiques comportent aussi des Oxydes d'azote ou Nox. Les émissions de ce puissant gaz à effet de serre doivent être limitées au maximum. Le traitement des Nox ou Denox des fumées est communément réalisé par l'injection d'urée dans les fumées. L'urée est un dérivé d'ammoniac qui peut facilement être fabriqué à partir de process de fabrication industriel d'urée. Pour cela, des prills d'urée sont dissouts dans de l'eau pure.

Dépollution des halogénées, métaux lourds volatils

Les fumées industrielles peuvent contenir des particules halogénées et des métaux lourds. Le traitement de ces composés est réalisé par des agents neutralisants :

• Injection de chaux dans les fumées (voir dépollution du soufre ci-dessus)
• Injection de bicarbonate de sodium (anciennement appelé "bicarbonate de soude") pour le recyclage des fumées. Le bicarbonate de sodium nécessite une préparation particulière. Des silos de stockage du produit brut doivent être implantés ainsi qu'un skid de concassage comportant un broyeur industriel. Le broyage du bicarbonate de sodium lui permet d'obtenir la réactivité requise.
• Injection de charbon actif en poudre pour diminuer les émissions dans l’air ambiant.

Comme indiqué plus haut, les oxydes d'azote sont traités par injection d'urée dans les fumées. Il existe plusieurs types de procédés.

Les types de DeNox

• SNCR (Selective Non Catalytic Reduction) : majoritairement utilisé dans les usines de ciment et les centrales d'incinérations car très simple à mettre en œuvre. Dans ce système, l'urée est injectée directement en spray dans les fumées à 900°C. Ce système, permet une réduction des NoX de 40-60%.
   
• Le SCR (Selective Catalytic Reduction) est utilisé dans les power plant ou usines de fabrication d'électricité. Cette technologie est appelée catalyse hétérogène à basse température. L'efficacité peut, dans ce cas, monter à 95% de DeNox. Cependant, la technologie nécessite que les fumées doivent passer par un système plus complexe de nid d'abeille pour optimiser la réaction.

Dans tous ces cas d'usage, des solutions d'urée ou d'ammoniaque sont utilisées. En fonction des cas, on utilisera :

• de l'AdBlue® pour les combustions avec du diesel
• de la Marine Urea pour les applications Offshore
• du DEF (Diesel Exhaust Fluid) pour les applications automobiles
• de la 40% Urea Solution pour les traitements de fumées industrielles
• une solution d'urée à 32.5% qui correspond en fait à l'AUS32 de la norme ISO 22241. L'ARLA32 ou ARLA40 qui est plutôt appelé ainsi en Amérique du Sud.

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