Brevet FR2012488A1 — publié le 19700320

-1 - 201248Ô La présente invention se rapporte à la technique de 1'élimination des résidus fluides par combustion à température élevée, par exemple comme décrit dans le brevet des Etats Unis d1Amérique n° 3.357.375 et elle se rapporte à un mode de fonctionnement et un 5 appareil perfectionnés qui donnent la possibilité de raccourcir d'une manière importante la période de séjour du fluide atomisé rlans l'espace de combustion d'un incinérateur. Suivant la description du brevet des Etats Unis d'Amérique précité, une matière résiduelle fluide (ou fluidisée) contenant 10 un composant combustible est dispersée dans un courant d'air primaire dirigé vers le haut, dans la base d'un espace allongé cylindrique vertical, délimité en partie par des parois en matière réfractaire. La combustion des combustibles qui se trouvent dans le résidu dispersé et entraîné par l'air commence immédiatement au mo-15 ment de son entrée dans l'espace pour former un courant gazeux en combustion; La combustion est réglée de manière à conserver une température maximale comprise entre 1538 et 1649°C, et la progression du courant gazeux en combustion à travers l'espace est réglée en appliquant une pression supérieure à la pression atmosphérique 20 afin d'assurer une période de durée prédéterminée de maintien du courant en combustion dans le dit espace. Le courant gazeux en combustion est entouré, en allant du bas vers le haut, par un manteau d'air secondaire qui protège les parois en matière réfractaire en empêchant la matière résiduelle de venir les frapper, lequel air 25 secondaire est utilisé finalement pour achever, dans la partie supérieure de l'espace, la pyro-décomposition ou décomposition par le feu de la matière résiduelle et sa conversion en un produit de réaction gazeux exempt de fumée, d'odeur et de cendres visibles. Jusqu'à présent, soit (a) on'refoulait un milieu fluide 30 résiduel devant être brûlé à une pression élevée à travers des buses du type d'atomisation, soit (b) on le faisait s'écouler à travers une buse à une faible pression tandis qu'on utilisait de l'air à haute pression pour atomiser le fluide. Cependant, pour brûler certaines huiles et certaines matières résiduelles, 35 des matières solides peuvent rester en suspension dans le fluide, lesquelles matières solides en suspension empêchent toute utilisation d'une buse présentant une ouverture suffisamment petite pour atomiser d'une manière appropriée le fluide. De ce. fait, d'habitude on faisait appel complètement à de l'air d'atomisation pour briser 40 le fluide résiduel en particules suffisamment petites pour permet- 23012 tre à une combustion efficace de s'effectuer. A moins de fournir cet air à des pressions assez élevées, il ne se produit par d'atomisation réellement efficace. i Dans le cas des inc inérateurs qui sont conçus pour brûler des fluides résiduels, on utilise en général des soufflantes pour fournir à la fois l'air d'atomisation et l'air de combustion primaire. On utilise de soufflantes plutôt que des compresseurs pour des raisons d'économie. L'air à faible pression fourni par les soufflantes n'atomise pas en général d'une manière appropriée les fluides résiduels à brûler. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir : - tm. procédé d'atomisation ou de rupture du fluide à brûler avant qu'il ne vienne en contact avec l'air d'atomisation à faible pression. - un moyen et un procédé pour augmenter considérablement la rapidité et l'efficacité de la combustion à haute température. - un mode opératoire permettant d'augmenter considérablement le contact gaz-liquide par exemple entre l'air (ou tout autre gaz contenant de l'oxygène et entretenant la combustion), ou entre un mélange d'air et de combustible liquiMe et le tLuide résiduel dans le mélange introduit, par l'intermédiaire d'un brûleur approprié , dans la chambre de combustion d'un incinérateur. -un procédé diminuant considérablement/l^efpape de combustion de l'incinérateur la durée de séjour nécessaire pour achever la combustion du déchet gazeux. On a trouvé que ces résultats sont obtenus en entraînant dans un courant de résidu fluide, envoyé au brûleur de l'incinérateur, un grand nombre de bulles drair et de gaz de manière à multiplier considérablement la surface de contact réelle gaz-liquide, ce qui a pour résultat d'accélérer la combustion. On effectue cet entraînement très important de gaz ( c'est à dire de l'air plus un combustible gazeux, ou de l'air seul dans le cas où le résidu fluide présente une teneur suffisamment élevée de composants combustibles pour rendre inutile l'addition délibérée d'un combustible ) en faisant passer le courant de résidu fluide à travers un électeur en utilisant le principe d'aspiration d'un fluide à grande vitesse entraînant un gaz à.l'intérieur de celui-ci. L'électeur d'aspiration peut être incorporé au brûleur en soi de l'incinérateur, ou bien il peut être disposé n'importe où le long du trajet que le fluide résiduel est contraint de par 6 5 10 15 20 25 30 35 40 23G12 - 3 - 20124SÔ courir pour aller au brûleur. En d'autres ternies, l'aspiration de l'air et du gaz dans le fluide peut s'effectuer n'importe où entre la pompe et le brûleur, y compris à l'intérieur de ce dernier. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, La Fig. 1 représente schématiquement un premier mode de réalisation de l'invention, et elle représente un système servant à introduire un courant de résidu fluide dans un moyen d'atomisation » à la base d'un espace de combustion, par exemple la chambre de combustion d'un incinérateur, 1'électeur d'aspiration étant incorporé au "brûleur" de l'incinérateur ; La Fig. 2 représente schématiquement une variante de l'appareil de la Pig. 1, dans laquelle une buse représente le brûleur qu'on voit sur la Pig. 1 et dans laquelle 1'électeur d'aspiration est interposé dans la canalisation d'alimentation de la buse (l'incinérateur lui-même n'étant pas indiqué); La Pig. 3 est une vue semblable à celle de la Pig. 2, à l'exception du moyen de pompage particulier utilisé pour refouler le résidu fluide vers la buse ; La Pig. 4 représente schématiquement un appareil semblable à celui représenté sur la Pig. 3 mais qui en diffère par le fait que la buse a été remplacée par un brûleur comprenant un électeur d'aspiration ; La Pig. 5 représente schématiquement un appareil semblable à celui représenté sur la Fig. 3 à l'exception du moyen utilisé pour introduire l'air et le combustible gazeux dans 1'électeur ; et La' Fig. 6 représente schématiquement une autre variante de l'appareil de la Pig. 1, dans laquelle/on a interposé 1'électeur d'aspiration dans la canalisation se trouvant entre la pompe et la canalisation de pression dérivée à l'aide de laquelle le fluide en excès est renvoyé au réservoir d'emmagasinage. En se reportant maintenant aux divers modes de réalisation représentés schématiquement, et en particulier à la Pig. 1, il convient de noter que le fluide pénètre dans la pompe 10 par une canalisation d'aspiration 11 partant d'un réservoir d'emmagasinage 7. Le fLuide quitte la pompe 10 au moyen d'une canalisation de près- 69 23012 - 4 - 2012408 aion .principale 12 et dans ce mode de réalisation particulier, en raison du fait que par suite du refoulement trop important de la pompe, une partie du fluide pompé est renvoyée au réservoir d'emmagasinage 7 par une canalisation de pression dérivée 12' par 4' 5 l'ouverture d'une soupape de décompression 5, l'écoulement s'effec-tuant alors par .une canalisation de retour 6. La partie du fluide qui n'est pas dérivée de cette manière s'écoule par l'intermédiaire de la canalisation de pression principale 12 à travers un dispositif de filtrage 9 et une soupape régulatrice 8, pour aller finalement 10 dans un électeur 1, dont la forme de l'écoulement de sortie est réglée en fait par une Mlle 4. Il convient de noter que la bille 4 n'est pas absolument nécessaire pour faire fonctionner llappareil et le procédé. A mesure que le résidu fluide traverse l'éjecteur 1, de l'air est aspiré par un orifice 3 et est entraîné et associé 15 intimement au fluide dans la section de diffusion de l1éjecteur Le fluide qui sort de l'éjecteur est ainsi rempli par des millions de petites bulles d'air. L'air d'atomisation (appelé ci-après"l'air primaire") qui s'écoule vers le haut à travers le canal annulaire 40 rencontre le mélange déjà partiellement atomisé d'air et de 20 fluide et de ce fait il lui est beaucoup plus facile d'achever 11atomisation du fluide. • Dans la variante représentée sur la Pig. 2, une buse ordinaire 20 est utilisée à la place de l'éjecteur 1 de la Pig. 1, la buse faisant partie d'un brûleur classique qui est représenté 25 plus particulièrement sur la Pig.. 6. Un éjecteur 1' est disposé sur la canalisation de pression principale 12, en avant de la buse 20, ce qui indique la souplesse de sa disposition. Dans ce mode de réalisation (Pig. 2), la pompe 10 pompe un courant de résidu fluide à travers un dispo-30 sitif de filtrage 9 et -une soupape régulatrice de débit 8 et de là à travers l'éjecteur 1', l'entraînement d'air s'effectuant par l'orifice 3 de cet éjecteur. Le mélange résultant d'air et de fluide s'écoule vers la buse 20 et continue à être mélangé avec l'air.d'atomisation, comme sur la Pig. 1. 35 En se reportant maintenant à la Pig. 3, on utilise une combinaison 10' formée par une pompe et un moteur à réducteur de vitesse (combinaison appelée ci-après pompe à déplacement volu-métrique infiniment variole) qui supprime la nécessité de la canalisation de retour et de dérivation allant au réservoir d'emmaga-40 sinage 7»par le fait qu'on peut faire varier d'une manière infinie 69 2|012 - 5 - 2012488 le volume déplacé par la pompe à l'aide d'un moyen de commande classique (non représenté). Il convient de noter de plus que l'utilisation d'une soupape de régulation du débit a été supprimée. Le fluide s'écoule à travers un dispositif de filtrage 9 et de là à 5 travers l'éjecteur 1', l'air étant entraîné par l'orifice 3. Le fluide résultant contenant de l'air entraîné pénètre alors dans la buse 20, le mélange d'air et de fluide ainsi émis venant en contact avec l'air d'atomisation, comme sur la Pig. 1. En se reportant maintenant à la Pig. 4, il convient de 10 noter que l'éjecteur 26 reprend à nouveau la position de la buse de la Pig. 3> mais que la combinaison formée par les éléments est différente de celle décrite en liaison avec la Pig. 1. Dans ce mode de réalisation, la pompe 10' présente un volume déplacé infiniment variable de sorte qu'il est inutile de prévoir une soupape de réglage 15 de débit montée sur la canalisation de pression ni une canalisation de dérivation telle que celle décrite précédemment. Il convient d'indiquer ici, et d'une manière générale, que la matière atomisée introduite dans l'espace de combustion doit nécessairement contenir ou comporter des éléments combustibles suf-20 fisants pour obtenir une combustion,tendant à être complète, du fluide résiduel. Il arrive souvent que le fluide résiduel qu'on doit ainsi éliminer contient des résidus de composants huileux qui sont combustibles et qui existent en quantités suffisantes pour entretenir la combustion voulue. Cependant, il est courant que le 25 résidu fluide qui doit être éliminé ne contienne pas suffisamment de combustible, auquel cas il faut ajouter des combustibles pour compenser cette déficience. Dans ce cas, le combustible qui est ajouté peut se présenter sous la forme de combustibles carbonés ou hydrocarbonés ou bien d'huile combustible (par exemple du charbon 30 en poudre, du mazout , ou un combustible équivalent ) et qu'il peut être introduit dans le fluide résiduel dans le réservoir d'emmagasinage ou en un point quelconque le long du trajet parcouru entre le réservoir et le brûleur. Cependant, suivant la présente invention, le fait d'utiliser un éjecteur donne la possibilité 35 particulière d'ajouter le combustible nécessaire sous la forme d'un combustible gazeux (gaz naturel, gaz de ville, etc...) en même temps que l'air qui est aspiré par l'éjecteur. En se reportant à la Pig. 5, la pompe 10' présente un volume déplacé infiniment variable. L'écoulement du résidu fluide 40 à traversl'éjecteur 1" entraîne, dans ce cas, à travers l'orifice 69 23012 - 6 - 2012488 d'aspiration 3' à la fois de l'air (canalisation d'air 33) et un gaz combustible (canalisation d'alimentation 35 munie d'une vanne). Pans de nombreux cas, le fait d'entraîner à la fois de l'air et un En se reportant à la Pig. 6, dans ce cas la pompe 10 ne présente pas de volume variable etvelle refoule une quantité de fluide résiduel supérieure à celle qu'on désire brûler, de sorte qu'une partie du fluide refoulé est renvoyée par une canalisation 10 de pression dérivée 12", une soupape de décompression 5 et une canalisation deretour 6 au réservoir 7. L'éjecteur 1' interposé dans la canalisation de pression principale 12 entraîne l'air par un orifice 3. Une partie du fluide traversant l'éjecteur 1' est renvoyée au réservoir 7-, comme indiqué plus haut, tandis que la partie res-15 tante du fluide représentée traverse le dispositif de filtrage 9, la soupape régulatrice 8 pour aller à une buse 44. Ici, à nouveau, l'air d'atomisation qui se trouve dans le canal annulaire 40 continue à- atomiser le mélange de fluide et d'air. Il convient de noter qu'il se produit dans le réservoir 7 une certaine agitation et une *. 20 certaine circulation avantageuses du fait du dégagement de l'air entraîné dans le fluide renvoyé, dans la masse de fluide résiduel qui se trouve dans le réservoir. Pinalema±, il convient de remarquer que les systèmes qui ont été décrits ci-dessus doivent comporter d'une manière générale 25 une disposition servant non seulement (a) à aspirer de l'air et (b) de l'air primaire, mais encore à fournir séparément (c) de l'air secondaire, lequel doit être introduit à la partie inférieure de l'espace de combustion, comme "rideau" annulaire entourant la colonne gazeuse sortant du brûleur. On peut se reporter à ce point 30 de vue au brevet des Etats Unis d'Amérique n° 3.357.375 précité flanh lequel on- décrit le rôle de ce "rideau" d'air secondaire. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif,, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son 35 cadre. 23012 - 7 - 201248$ REVENDICATION Procédé de pyro-décomposition d'une matière résiduelle fluide afin de transformer celle-ci en produits de réaction gazeux complètement décomposés, consistant à disperser à l'aide d'air primaire la matière résiduelle fluide contenant un composant combustible, à faire brûler en suspension le combustible du mélange gazeux résultant, à régler la combustion de manière à conserver une température appropriée à la pyro-décomposition du résidu fluide, à entourer le mélange gazeux en combustion d'un manteau d'air secondaire et à maintenir le mélange gazeux en combustion à la température de décomposition pendant un intervalle de temps suffisant pour assurer une décomposition complète, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à raccourcir la durée de la période de séjour en entraînant d'une manière importante un gaz entretenant la combustion avec le résidu fluide avant de disperser celui-ci à l'aide de l'air primaire.