Brevet FR2018492A1 — publié le 19700529

La présente invention concerne le réglage par. des moyens non mécaniques du taux de passage d'un courant d'un premier fluide ayant normalement tendance à se déplacer sous pression dans un sens à travers un conduit (ou en sortant d'un conduit) de façon à faire intervenir un erfet :d':amortissement ou de ralentissement ou de contrepression ou diécôutement à contre-courant par rapport à ce courant. Le terme premier fluide?, tel qu'il est employé dans ce texte, entend désigner des gaz, dçs vapeurs, des liquides neutoniens et des liquides non neutoniens.Sous le terme "conduit" on entend désigner n'importe quel tube, tuyau, passage, et d'une manière générale enveloppe cylindrique. L"expression "moyen non mécanique" entend désigner des moyens à la rois pneumatiques et hydrauliques comprenant les gaz, les vapeurs, les liquides neutoniens et les liquides non neutoniens. Dans l'exposé suivant,l'expression "substance s'écoulant à contre-courant lorsqu'elle est employée. est équivalente, au point de vue de sa portée et de ce qu'elle entend désigner, à l'expression "moyens non mécaniques". Dans son aspect le plus large, l'invention consiste à empecher ou à "amortir" l'écoulement d'un courant d'un premier fluide dans un sens à travers un conduit en imposant à l'encontre de cet écoulement un contre-courant d t un deuxième fluide se déplaçant dans-un sens plus ou moins opposé.Ce "deuxième fluide"peut être un gaz ou une vapeur ou un liquide, et ce "contre-courant" peut prendre naissance au voisinage de 11 extrémité de sortie du conduit en empêchant ainsi la décharge du courant du premier fluide hors du conduit, ou bien il peut prendre naissance dans une zone située entre les extrémités du conduit, et imposer ainsi un effet d'amortissement ou de registre au courant du premier fluide pendant le passage de ce premier fluide vers l'extrémité de sortie du conduit mais à une certaine distance de celle-ci. Le taux de débit et la pression de ce "deuxième fluide peut être réglable avec une progressivité totale par une vanne appropriée actionnée manuellement ou par une forme appropriée de dispositif détecteur ou calculateur. La bemanderesse envisage en outre que par une conception appropriée ce dispositif d'amortissement de registre sera capable de produire des variations de vitesse et des sens d'écoulement dans des gaz de-cheminée qui rendront possible un super amalgame ou floculation de-particules en suspension, que l'on trouve dans les gaz de cheminée, rendant ainsi facile de les recueillir et de les éliminer, cette: élimination réduisant ainsi la pollution. La présente invention sera dans la description suivante exposée et expliquée en se référant particulièrement à un mode de réalisation particulier et à un appare-il particulier pour réaliser une contre-pression sur des produits de combustion gazeux chauffés à haute température (et véhiculés par des gaz) qui se déplacent d'une manière ascendante à travers une cornue ou à travers la cuve d'un appareil incinérateur comme celui qui est exposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 357 375. Une caractéristique de l'appareil spécifiquement exposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 357 375 précité est "un couvercle équilibré, lesté, réglable, pouvant se déplacer verticalement, suspendu au-dessus de l'extrémité de la cornue.. maintenant une contre-pression prédéterminée sur des gaz se déplaçant dans le sens ascendant en traversant la cornue". Ce couvercle ou registre mécanique, représenté en 39 sur les figures 1, 2 et 5 du brevet précité et répété, dans le présent brevet sur la figure 13 du présent dessin, est employé pour réaliser une contre-pression dans la cornue ou chambre de combustion de l'incinérateur "Prenco" à haute température. La contre-pression ainsi produite diminue la vitesse des produits de combustion dans la chambre. Il est souhaitable de réduire la vitesse de ces gaz en raison du fait que de fines particules de matière à brûler existent en suspension dans les gaz et qu'en diminuant leur vitesse on augmente leur temps de séjour dans la chambre de combustion. Cette augmentation du temps de séjour assure une combustion plus complète de ces particules. Toutefois, le couvercle ou registre mécanique auquel on vient de faire allusion présente plusieurs inconvénients: 1) Les températures élevées, allant jusqu'à i 6490C provoquent une oxydation très intense de tout registre métallique, ce. qui a pour conséquence une vie utile très réduite de l'amortisseur. 2) Une certaine partie du mécanisme nécessaire pour actionner le registre est exposée à des températures très élevées et souffre probablement de cette exposition. 3) Le coût du remplacement du registre actuellement employé est très élevé étant donné qu'il doit être fait en en acier inoxydable pour avoir en service une. vie utile. me?me. courte. 4) Le coût de la main-d'oeuvre pour changer le registre, en plus de l'incommodité pour l'opérateur, est extrêmement élevé. 5j Lorsqu'on. emploie le registre mécanique classique les produits gazeux (et véhiculés par les gaz ) de. combustion sont amenés à s'échapper à grande vitesse dans- la direction généralement radiale représentée par les flèches sur la- figure 1 du brevet précité. il n'est pas souhaitable que les produits de eombustion sortent dans la direction radiale indiquée par les fleèches pour plusieurs raisons, à savoir : a) ces gaz à haute température sont dirigés sur la structure réfractaire et en travers de la partie supérieure de la structure réfractaire de la cornue. : inaction de ces gaz sur le ré- fractaire tend à provoquer par érosion le périssement du réfrac- taire, etc.. b) Les gaz sortant dans la direction représentée, du fait de leur température très élevée, ont tendance à changer l'apparence de l'enveloppe métallique en éliminant par brdlage la peinture. On verra sur la figure 1 du brevet précité que la pièce 39 est un "cône" ou registre en acier inoxydable supporté de façon réglable par un ensemble de bras de suspension comprenant un câble de fils métalliques flexibles utilisé pour lever et abaisser le registre au moyen d'un treuil à main. Le levage du registre par rapport à la partie supérieure de la chambre de combustion réduit la pression statique dans la chambre de combustion tandis que son abaissement accroît la pression dans la chambre de combustion de la cornue en allongeant le temps de séjour des particules à y brûler. En conséquence la présente invention se propose de remplacer le registre mécanique précité par un dispositif de registre qui n'expose pas de pièce mécanique à des gaz à haute température. La présente invention, que l'on va maintenant décrire, sera reconnue comme une conception entièrement nouvelle dans les moyens de réaliser une action de registre sur des gaz à haute température dans une chambre de combustion ou cornue verticale. On réalise cette action de registre dans la présente in vention en dirigeant de l'air soufflé à haute pression d'une façon telle que cet air tend à s'écouler à contre-courant à l'encontre des produits de combustion qui s'échappent, en réalisant ainsi une contre-pression dans la chambre de-combustion. Avec l'établisse- ment de cette contre-pre-ssion, la vitesse des gaz de combustion s'échappant de la chambre de combustion se trouve fortement réduite et cette réduction de vitesse entrasse un allongement du temps de séjour des particules combustibles dans la chambre de combustion. La présente invention obtient ainsi les mêmes résultat que le registre de type mécanique décrit dans le brevet précite mais sans avoir toutes les difficultés inhérentes associées à ui type de registre mécanique. Le"registre à rideau d'air "n ta pas de pièces mécaniques exposées aux produits de combustion à haute température sortant au sommet de la chambre de combustion. En outre, le schéma de la partition des produits de combustion sortant de la chambre de combustion est modifié par rapport à celui représenté sur la f- gure 1 du brevet précité, de telle sorte qu'en utilisant "le registre à rideau d'air" les produits de combustion s'écoulent directement dans l'atmosphère sans avoir à subir une déviation mécanique. Lorsque l'air du rideau d'air est introduit dans le senti du contre-courant, il se produit une grande turbulence qui provo que une association tout à fait intime d'air frais et des produit de combustion. Ce brassage intime assure un effet de post-combus- tion qui consume toute matière brQlable qui n'a pas été préalablement consumée dans la chambre de combustion. D'autres buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée suivante considérée en liaison avec les dessins annexés représentant à titre illus tratif mais nullement limitatif plusieurs modes de réalisation de l'invention. Sur les dessins La figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un appareil réalisant un registre à rideau air dans la cornue d'un incinérateur. la figure 2 est une vue en plan vue par dessus de l'en- veloppe de la figure 1 montrant l'écoulement tangentiel du rideau d'air au-dessus du bord supérieur de la cornue. les figures 3, 4 et 5 montrent des variantes différant légèrement de la structure représentée sur la figure 1. la figure 6 représente une variante suivant laquelle l'effet de registre à rideau d'air est réalisé par l'emploi d'un Jet d'air unique; la figure 7 montre une autre manière de réaliser le concept représenté sur la figure 6 en employant une série de Les d'air espacés pour réaliser lé registre à rideau-d'air; la figure 8 montre ùne autre manière de réaliser le concept représenté sur la figure 1; la figure 9 est Üne vue en plan vue par dessus de la réalisation représentée sur la figure 8; la figure 10 représente schématiquemént un mode de réalisation encore plus général du concept de registre à rideau d'air we la présente invention;; la figure 11 est une vue en plan vue par dessus de l'appareil représenté sur la figure 10; et la figure 12 est une variante dé lastructure représentée sur la figure 10, différant de cette dernière en ce sens que le registre à rideau d'air est disposé à un niveau situé entre les extrémités du conduit au lieu d'être situé au voisinage de l'ex- trémité de sortie du conduit. En se référant à la figure 1 des dessins, on décrira maintenant plus en détail le dispositif de registre à rideau-d'air de l'invention et son mode de fonctionnement. De l'air soufflé à haute pression provenant d'une soufflerie "B" montée sur la base ou au voisinage de la base de l'incinérateur, s'écoule vers le haut à travers le tube d'amenée 1 en pénétrant dans la chambre annulaire 2, de préférence tangentiel- lement. L'air s'écoule à travers et autour de la chambre annulaire 2 en sortant par un orifice périphérique intérieur 3 qui règle la direction de sortie. Les flèches 4 indiquent une direction préférée d'écoulement du rideau d'air. On a représenté en 5 le matériau réfractaire composant la chambre de combustion de la cornue. Le sommet de la chambre de combustion sur lequel peut reposer la chambre annulaire 2 précitée est indiqué en 6. Le degré d'effet de registre peut être réglé avec la progressivité voulue par l'emploi d'une vanne 7 sur le tube d'arrivée 1. Une autre caractéristique du registre à rideau d'air est qu'il assure une grande dilution des produits de combustion sortants. Comme on l'a mentionné précédemment, il n1est pas absolument essentiel que l'air venant de la soufflerie pénètre tangentiellement dans la couronne de dispersion annulaire, mais on préfère ce mode d'introduction. En se référant maintenant à la figure 3, on notera que le tube d'arrivée 1 venant de la soufflerie pénètre dans la chambre annulaire 3 par la partie inférieure de cette chambré. La figure 4 montre un autre procédé pour faire arriver l'air dans la chambre didispersion annulaire 2, et selon ce procédé l'air qui s'écoule par le tube d'arrivée 1 en venant de la soufflerie pénètre dans la chambre de dispersion annulaire 2 en passant par sa paroi supérieure. La figure 5 montre encore un autre moyen de faire arriver l'air dans la chambre de dispersion 2; selon ce mode de réalisation l'air s'écoulant par le tube d'arrivée 1 pénètre dans la chambre de dispersion annulaire en un point situé sur sa périphérie extérieure. La figure 6 montre un autre moyen d'introduire de l'air au sommet de la chambre de combustion de la cornue. Dans ce cas, l'air s'écoule par le tube d'arrivée 1 et le tube 1 a une forme telle à son extrémité de sortie 1' qu'il introduit l'air produisant ltefret de registre sans emploi de la chambre annulaire de dispersion montrée sur les figures 1 à 5. La figure 7 montre encore un autre moyen d'introduire l'air produisant 1' effet de registre, ce moyen employant plusieurs tubes individuels dont chacun se termine à la manière de la partie 1' du tube 1 de la figure 6. L'air s'écoule de la soufflerie par le tube d'arrivée 1 et arrive dans un collecteur 11 et de là se divise en une série de tubes de jet espacés représentés en 10-10. Le rideau d'air est ainsi formé par l'écoulement dirigé de l'air provenant de ces tubes de jets. La figure 8 montre encore un autre moyen d'introduire l'air produisant l'effet de registre au sommet de la chambre de -combustion. L'air , venant de la soufflerie S'écoule par le tube d'arrivée 1 et de là arrive dans un cercle de tubeB8 en sortant finalement par des ajutages dirigés 9.. Les cornues exposées plus haut ont ds parois réfractai- res monolithiques , le dispositif "de registre à rideau d'air" étant monté (ou agencé d'une autre manière) au sommet ou extrémité de sortie de la cornue. Comme le représente la figure 10, la cornue peut être formée d'une série d'anneaux en matériau réfractaire tqui sont avantageusement.-moulés préalablement) empilés les uns 5 sur les autres et fixés. de manière appropriée les uns aux autres pour former une cuve ou cheminée étanche aux gaz et ouverte vers le haut. Un des anneaux de la.série est-creux, ce qui constitue ainsi une chambre annulaire. L'accès à cette chambre est rendu possible par une admission appropriée ménagée dans la paroi réfractaire extdrieure de l'anneau creux, et une conduite d'alimentation appropriée communique avec cette admission pour laisser passer un courant de fluide sous pression. La sortie de la chambre est rendue possible en prévoyant une fente annulaire s'étendant vers le bas et vers l'intérieur, ménagée dans la paroi intérieure ou/et dans le fond de l'anneau creux, fente qui provoque une décharge de fluide, dirigée vers le bas et vers l'intérieur, dans l'intérieur de la cornue. D'une manière analogue à ce que montre la figure 2, il est avantageux que le fluide soit introduit tangentiellement à la chambre comme le montre la figure 11, de façon à garantir un mouvement tourbillonnaire prononcé du courant de fluide qu'on a introduit. Cet anneau creux peut, comme le montre la figure 10, constituer la partie supérieure de la pile d'anneaux formant la cuve, ou bien il peut être intégré dans la cuve construite sous forme d'un anneau situé entre le bas et le haut de la cuve comme le montre la figure 12. Si l'anneau creux est disposé au sommet de la cornue, le contre-courant "du registre à rideau d'air" agit pour retarder la sortie des gaz de combustion venant de la cornue, tandis que si l'anneau creux est placé à un niveau intermediaire dans la cuve , son "registre à rideau d'air" sert à retarder le passage des gaz de combustion d'une zone inférieure à une zone plus élevée dans la cornue. Comme ceci parattra évident à un technicien expérimenté dans la réalisation de cuves de four ou de cornue à parois réfrac- taires, l'anneau creux précité avec sa fente de décharge dirigée vers le bas et vers l'intérieur peut constituer une addition à une cuve de four ou de cornue qui par ailleurs est monolithique. Conformément à la représentation de la figure 10, la cornue "R" cylindrique généralement verticale a des parois formées par une série d'anneaux individuels semblables 15-15 dont chacun est constitué par un corps préalablement moulé d'une composition réfractaire classique, les anneaux étant empilés les uns par dessus les autres pour constituer en liaison avec un anneau spécial 16 une cornue de hauteur désirée. La figure 10 ne montre que la partie de cuve de la cornue. La base est de préférence la même que celle de l'lncinérateur exposé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 357 375. On On a représenté -en 16 un anneau creux ayant sensiblement le même~diamètre extérieur et le même diamètre intérieur que les autres anneaux 15-15 et ayant une hauteur égale à celle des autre anneaux ou différente. La paroi extérieure 17, la paroi intérieure 18. la paroi de- dessous 19 et la paroi de dessus 20 de l'anneau spécial 16 définissent une chambre annulaire 21.Une ou plusieurs ouvertures d'admission 22-22 sont ménagées dans la paroi 17, et à ces ouvertures sont ajustées des conduites d'arrivée 23-23 munies de vannes afin de fournir un courant de, fluide sous pression pro-7e- nant d'une source appropriée quelconque (non représentée) à l'in- térieur de la chambre 21. Comme on le voit plus spécialement s- r la figure 11, les ouvertures d'admission 22-22 sont disposées tangen tiellement par rapport à la chambre 21. On a prévu dans la paroi intérieure 18 de l'anneau creux 16 et à la base de celui-ci, contiguë avec la paroi de fond 19,une fente annulaire 25 s'étendant vers le bas et vers l'intérieur et qui assure une décharge vers le bas et vers l'intérieur depuis la chambre 21 Jusque dans l'intérieur de la cornue R pour un rideau de fluide constituant "le rideau d'air du registre à air" dont i a été question plus haut. La structure représentée sur la figure 12 ne diffère eelle-representée sur la figure 10 que par le fait que l'anneau creux 16 a été intégré dans la paroi de la cornue au-dessus d'une série d'anneaux 15 et en-dessous d'une série d'autres anneaux 15, de façon à disposer le registre à rideau d'air à un niveau situé entre le bas et le haut de la cournue. En se reportant à nouveau plus particulièrement aux fegures 10 et 12, on notera que le réglage du débit d'air ou autr fluide à travers le conduit d'arrivée 23 s'effectue par une vaï-w 7 disposée sur ce tube. A ce point on peut n'employer qu'un selon tube d'arrivée, au lieu des deux représentés, sans s'écarter du concept de l'invention. On peut faire varier avec progressivité le degré d'effet de registre dans la cornue "R' par l'emploi d'une ou plusieurs vannres 7. L'introduction du contres courant de fluide de la manière représentée produira dans certains cas dans la cornue un effet de post-combustion tout à fait désire- ble; cet effet constitue un supplément à l'effet de registre à rideau d'air. L'anneau 16 peut avoir n'importe quelle position et/c remplacer des anneaux réfractaires moulés massifs 15; L'invention n'est pas limitée à l'emploi d'air à haute pression venant de soufflerie comme fluide de contre-courant pré- cité,mais entend couvrir l'emploi d'autres gaz (par exemple et de liquides. Sur les dessins les flèches indiquent le schéma général d'écoulement du fluide à contre-courant dans la cornue ou le dont dans laquel il faut "régler par registre" un courant d'un "premier fluide" REVENDICATIONS 1 - Appareil dans lequel un courant d'un premier fluide est amené à se déplacer à travers un conduit dans un sens, l'appareil étant caractérisé par le perfectionnement consistant à prévoir un dispositif de registre à air envoyant sous pression dans le conduit précité un courant d'un deuxième fluide dirigé dans une direction opposée -à celle du -premier fluide de façon à gêner le taux d'ecou- lement du premier fluide et par suite à allonger la durée de séjour du premier fluide dans le conduit précité. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ce dispositif consiste essentiellement en une chambre annulaire ayant un orifice périphérique s'étendant vers l'intérieur du conduit précité, et des moyens de faire arriver dans la chambre annulaire un courant du second fluide sous pression, cet orifice constituant une décharge du deuxième fluide sous pression vers l'intérieur par rapport au conduit et dans un sens opposé au sens de l'écoulement du premier fluide. 9 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ce dispositif comprend au moins un conduit d'arrivée du second fluide s'étendant à côté et au-dessus de l'extrémité de décharge du conduit et coudé de façon à envoyer un courant du deuxième me fluide dans un sens opposé à celui du premier fluide. 4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une série de conduits d'air espacés provenant d'un collecteur d'air disposé au voisinage et en-dessous de extrémité de décharge du conduit précité s'étend de la manière définie pour fournir une série de courants d'air. 5 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la chambre annulaire est une chambre ménagée dans un anneau creux en matériau réfractaire, anneau creux qui constitue une partie de ce conduit, l'anneau creux étant pourvu de moyens permettant l'entrée tangentielle d'un courant du deuxième fluide et d'une fente de décharge annulaire s'étendant vers le bas et vers l'intérieur à partir de la chambre vers l'intérieur du conduit précité. 6 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'anneau creux constitue la partie-supérieure du conduit. 7 - Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'anneau creux fait partie du conduit dont il cnnstitue une partie intermédiaire. 8 - Appareil pour la pyro-décomposition de matières fluides constituant des matières de déchet, comprenant une cornue tubulaire verticale ayant une paroi intérieure en matériau réfractaire, un brûleur à la base de la cornue, des moyens de fournir de l'air primaire au brûleur, des moyens d'alimenter le brûleur en matières fluides constituant des déchets, des moyens de disperser dans un courant d'air les matières fluides de déchets, des moyens disposés à l'extrémité supérieure de la cornue, empêchant la sortie libre hors de cette cornue de produits gazeux chauds et de produits de combustion véhiculés par gaz constituant collectivement un premier fluide, l'appareil dtant caractérisé par le fait qu'il comprend un dispositif de registre à air envoyant un courant d'un deuxième fluide au sommet de la cornue, ce courant de deuxième fluide étant mélangé avec le premier fluide dans un sens d'écoulement opposé à celui du premier fluide de façon à gêner la sortie du premier fluide et par suite à prolonger sa durée de séjour dans la cornue. 9 - Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le dispositif de registre à air consiste essentiellement én une chambre annulaire ayant un orifice périphérique s'étendant dans la direction de l'ouverture supérieure de la cornue, et que des moyens fournissent un courant d'air sous pression à l'intérieur de la chambre annulaire, l'orifice assurant une décharge d'air sous pression radialement vers l'intérieur par rapport à l'ouver- ture du sommet de la cornue. 10 - Appareil défini selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ce dispositif de registre à air comprend au moins un conduit d'air s'étendant à côté et au-dessus de l'ouverture supérieure de la cornue et coudé de façon à fournir un courant d'air ayant une direction générale vers le bas dans l'ouverture du sommet de la cornue et en sens opposé aux produits de combustion précités. 11 - Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une série de conduits d'air espacés, venant d'un collecteur d'air disposé au voisinage et en-dessous de l'ouverture supérieure de la cornue, s'étend de la manière définie pour fournir une séri-e de ces courants d'air. 12 - Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le dispositif de registre à air comprend essentiellement un anneau creux en matériau réfractaire, ayant sensiblement les memes diamètres extérieur et intérieur que ceux de la cornue1 l'anneau creux ayant à son intérieur une chambré annulaire et étant pourvu de moyens permettant d'envoyer tangentiellement un courant du second fluide dans la chamise précitée et étant pourvu d'un fente de décharge annulaire s'o @ ont le basset vers l'intérieur à partir de la chambre da@ la cornue. 13 - Appareil selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'anneau creux constitue la partie située tout à fait en haut de la cornue. 14 - Appareil selon la revendication 12, caractérisé par le fait que l'anneau creux constitue une partie intermédiaire de la paroi de la cornue.