Dans le domaine de l'incinération des déchets et de la valorisation énergétique, il n'existe pas deux flux de déchets identiques. Acides, alcalis, boues et liquides contaminés peuvent tous passer par le même processus, et chacun d'entre eux sollicite fortement les équipements chargés d'y injecter des produits chimiques. Dans ce contexte, un système d’injection de produits chimiques doit pouvoir traiter de nombreux types de liquides, continuer à fonctionner dans des conditions extrêmes et éviter les arrêts imprévus. Tout commence par le choix des matériaux.
Qu'est-ce que l'injection de produits chimiques dans une usine de valorisation énergétique des déchets ?
L'injection de produits chimiques consiste à ajouter de manière contrôlée un liquide, tel que de l'eau ammoniacale ou de l'urée pour le contrôle des NOx, ou de l'eau pour le refroidissement des gaz, dans un procédé ou un flux de gaz de combustion. Une buse de pulvérisation montée sur une lance ou un injecteur transforme le liquide en gouttelettes, ce qui lui permet de se mélanger et de réagir rapidement avec le gaz.
Pourquoi la valorisation énergétique des déchets met-elle à rude épreuve les équipements d’injection ?
Les déchets ne constituent pas un combustible standard. La composition varie d’un chargement à l’autre, ce qui entraîne des variations des gaz de combustion en termes de température, de composition et de charge en particules. Les liquides utilisés côté injection peuvent également varier. Une conduite ou une buse adaptée au cas moyen peut ne pas l’être dans le pire des cas.
La corrosion constitue le principal risque. À mesure que le matériau s’use, les parois s’amincissent, les joints fuient et les orifices se déforment. Une buse usée ou obstruée ne produit plus la taille de gouttelettes et le profil de pulvérisation pour lesquels elle a été choisie. Le processus en subit les conséquences : entretien accru, utilisation moins efficace du réactif et, dans le pire des cas, un arrêt imprévu.
Comment choisir le bon matériau pour les fluides agressifs
Il n’existe pas de matériau idéal unique. Le bon choix dépend de trois facteurs : la composition chimique du liquide, la température au point d’injection et l’amplitude des mouvements de l’équipement. Pour les milieux agressifs, deux options reviennent le plus souvent :
- Des conduites de liquide en plastique. De nombreux plastiques résistent à une large gamme d’acides et d’alcalis, et ne rouillent pas. Leur limite réside dans la température ; il convient donc de vérifier la température réelle de fonctionnement au point d’injection, et non seulement la température moyenne dans la conduite.
- Les alliages à haute teneur en nickel. Ceux-ci résistent à la corrosion provoquée par les produits chimiques agressifs et conservent leur résistance mécanique à des températures élevées. Ils sont généralement plus onéreux ; leur utilisation se justifie donc lorsque le plastique ne suffit pas.
L’acier inoxydable standard est souvent le choix par défaut, mais ce n’est pas toujours le choix le plus sûr. Les fluides acides et riches en chlorure peuvent l’attaquer ; ainsi, une conduite métallique qui semble convenir sur le papier peut se corroder dans la pratique. Vérifiez toujours la compatibilité en fonction de la concentration et de la température réelles de chaque liquide, y compris dans des conditions exceptionnelles.
N’oubliez pas la dilatation thermique
Les matériaux se dilatent lorsqu’ils chauffent, et chaque matériau présente un coefficient de dilatation qui lui est propre. Le plastique se dilate davantage que le métal ; ainsi, une conduite en plastique maintenue par un support ou une bride métallique doit disposer d’un jeu suffisant pour se déplacer. Les lances et les injecteurs se réchauffent et se refroidissent également au gré des variations de charge de l’installation. Si la conception ne tient pas compte de ce phénomène, les raccords, les joints et les supports subissent des contraintes pour lesquelles ils n’ont pas été conçus. Une bonne conception intègre dès le départ une protection contre la dilatation thermique.
Vérifiez la pulvérisation, pas seulement le matériau
Une lance résistante à la corrosion qui projette le liquide au mauvais endroit reste inefficace. Dans les usines de valorisation énergétique des déchets, les gouttelettes de réactif DeNOx doivent s’évaporer complètement et se mélanger uniformément au gaz dans une plage de température définie. Atteindre cet objectif dépend de la taille des gouttelettes, de l’angle de pulvérisation et de la position de la lance.
La modélisation par dynamique des fluides computationnelle (CFD) permet aux ingénieurs de tester ces choix avant toute construction. Des modèles basés sur une bibliothèque de données de pulvérisation de précision peuvent montrer les trajectoires des gouttelettes, l’écoulement du gaz et le mélange dans la géométrie de votre propre conduit, de sorte que le type et l’emplacement des buses soient d’abord validés à l’écran. Le type de buse a également son importance : les buses FloMax® à deux fluides utilisent un processus d’atomisation en plusieurs étapes pour produire de très petites gouttelettes, ce qui favorise l’évaporation et le mélange rapides du liquide.
La place de l'injection dans la chaîne de traitement des gaz de combustion
L’injection chimique est une étape parmi d’autres dans la chaîne de traitement. La technologie de pulvérisation remplit plusieurs fonctions dans une usine de valorisation énergétique des déchets :
- Refroidissement et trempe des gaz. Le refroidissement par pulvérisation évaporative abaisse la température des gaz afin de protéger les filtres en tissu et les échangeurs de chaleur. Voir les sections « Refroidissement et conditionnement des gaz » et « Système de refroidissement des gaz AutoJet® », qui contrôle les buses, les pompes et les capteurs en boucle fermée.
- DéNOx. De l’ammoniac ou de l’urée est injecté pour réduire les émissions de NOx. Notre article sur la technologie de pulvérisation pour le contrôle des NOx explique les procédés SCR et SNCR.
- Injection de produits chimiques et lavage des gaz. Les injecteurs et les lances distribuent les réactifs sur toute la section transversale des tuyaux ou des conduits. Découvrez nos injecteurs, lances et tubes d’injection.
Vous travaillez avec des liquides corrosifs dans un autre secteur ? Notre article sur les opérations de pulvérisation complexes dans la pétrochimie et le raffinage aborde des défis d’injection similaires.
Cinq questions à se poser avant de définir le cahier des charges
- Quels liquides le système devra-t-il traiter, y compris en cas de conditions anormales et dans quelles plages de concentration ?
- Quelle est la température réelle au point d'injection ?
- Comment les lances et les conduites de liquide vont-elles se dilater et se déplacer lorsque l’installation chauffe et refroidit ?
- Le matériau résistera-t-il à des débits variables, et pas seulement à un débit moyen ?
- La pulvérisation a-t-elle été modélisée ou testée pour la géométrie de vos conduits ?
Chez Spraying Systems Co., nous partons d’un principe simple : vous définissez les conditions, nous nous chargeons de la pulvérisation. Les systèmes sont conçus et adaptés à votre procédé, qu’il s’agisse de résistance aux hautes températures ou de conduites de liquide en plastique ou en alliages à haute teneur en nickel. Découvrez nos applications de pulvérisation pour les technologies de procédés, ou contactez votre expert local en pulvérisation.
Foire aux questions
Pourquoi les conduites d’injection de métal se corrodent-elles dans les usines de valorisation énergétique des déchets ?
Les flux de déchets varient, de sorte que le procédé peut être confronté à des acides, des alcalis, des boues et des liquides contaminés. Certains de ces éléments attaquent les métaux standard au fil du temps, en particulier lorsque la concentration et la température sont élevées.
Quels matériaux conviennent à l’injection de produits chimiques agressifs ?
Les conduites de liquide en plastique conviennent à de nombreux acides et alcalis à des températures modérées. Les alliages à haute teneur en nickel conviennent aux fluides agressifs à haute température. Le choix approprié dépend de la composition chimique du liquide, de la température et du débit.
Qu’est-ce que la dilatation thermique dans les lances d’injection ?
Il s’agit de la variation de longueur et de dimension des lances et des conduites lorsqu’elles se réchauffent et se refroidissent. Les différents matériaux se dilatent à des vitesses différentes ; la conception doit donc permettre ce mouvement afin d’éviter toute contrainte sur les raccords et les joints.
En quoi la modélisation CFD est-elle utile pour l’injection de produits chimiques ?
La CFD permet de visualiser le déplacement des gouttelettes et du gaz dans votre conduit. Elle aide à valider le type, le nombre et la position des buses avant leur installation, afin que la pulvérisation réagisse et s’évapore comme prévu.
Quelle est la différence entre un injecteur à tube et un injecteur à pulvérisation ?
Une canne d’injection libère le liquide et s’appuie sur le flux de procédé pour le fragmenter. Un injecteur à pulvérisation équipé d’une buse permet d’obtenir une taille de gouttelettes contrôlée, ce qui améliore le mélange et réduit le gaspillage de produit chimique.