Brevet FR2120029A1 — publié le 19720811

^6778 \ 2120029 Divers dispositifs d'incinération, différents dans leur principe et dans leur forme, ont été utilisés pour convertir les constituants combustibles et nocifs des gaz perdus- Dans des dispositifs d'incinération complexes et coûteux, des échangeurs de chaleur sont 5 utilisés en combinaison avec une chambre de combustion ou avec l'évacuation des gaz chauds de la zone de combustion. Certains dispositifs ont utilisé deux ou plus de deux trajets d'écoulement d'échange thermique à courants parallèles et/ou à contre-courant, pour garder la chaleur et conduire à un rendement thermique élevé. On s'est donc 10 soucié, dans les techniques connues, d'obtenir un grand rendement thermique, mais ceci n'est pas suffisant. Un bon rendement d'incinération est également nécessaire. Pour assurer un rendement d'incinération élevé, trois conditions sont nécessaires: le temps, la température et la turbulence. Pour 15 permettre une combustion complète, l'oxygène doit être amené en contact avec les molécules combustibles des gaz résiduels, à une température et pendant un temps suffisants pour permettre l'oxydation. Une combustion incomplète donne naissance à des aldéhydes, des acides organiques, du carbone, de l'oxyde de carbone, des oxydes d'azote et 20 d'autres composés indésirables. On a essayé d'utiliser des dispositifs d'incinération catalyti-ques. Malheureusement, lorsque ces dispositifs sont utilisés dans des fours de séchage de fils, le catalyseur ne tarde pas à devenir inactif. Il semble que les nouveaux types de revêtements que l'on àppli-25 que sur les fils produisent, en plus des vapeurs qui se dégagent normalement lors du séchage, des matières solides qui contaminent le catalyseur. Il serait donc souhaitable de disposer d'un incinérateur qui puisse être utilisé même en association avec un four de séchage de fils. Il serait également très intéressant de pouvoir disposer d' 50 un incinérateur qui conduise non seulement à un rendement thermique élevé, mais en outre à un rendement d'incinération élevé ne diminuant pas sensiblement avec le temps. On a maintenant mis au point un incinérateur capable de traiter les fumées provenant des fours de séchage de fils, l'incinérateur se-35 Ion la présente invention évite les difficultés rencontrées dans 1' incinération catalytique, en faisant appel à la place à une incinération thermique. De plus, l'incinérateur selon l'invention présente une structure qui conduit à la fois à un rendement thermique élevé 71 46778 2120029 et un rendement d'incinération élevé. C'est pourquoi l'invention a pour objet un dispositif d'incinération thermique de fumées qui comporte, en combinaison, une enveloppe, une entrée d'air et fumées dans ladite enveloppe, une chambre de 5 combustion de type tubulaire et à sections multiples disposée dans cette enveloppe, les sections de cette chambre étant reliées en série à la manière d'un serpentin et écartées les unes des autres, un brûleur et une entrée de flammes dirigés vers une extrémité de la chambre de combustion en ion point éloigné de l'entrée d'air et fu- -10 mées, une entrée d'air et fumées dans la chambre de combustion à proximité du brûleur et de l'entrée de flammes, des moyens déflecteurs définissant dans la chambre un circuit conduisant de l'entrée d'air et fumées dans 1'enveloppe à l'entrée d'air et fumées dans la chambre de combustion en passant autour des sections de cette chambre, 15 et une sortie de gaz traités hors de l'extrémité de la chambre de combustion et de l'enveloppe. On n'entend pas limiter la réalisation de la chambre de combustion de forme tubulaire à une structure particulière. Ainsi, par exemple, une telle chambre peut être constituée de sections allongées de 20 forme circulaire, reliées entre elles par des coudes en -U ou,en variante, on peut utiliser une enveloppe spéciale divisée par des parois disposées de manière à faire circuler les gaz de combustion chauds selon un trajet en serpentin sur toute la longueur développée de la chambre de combustion. Le diamètre ou la section donnés à la 25 chambre de combustion de type tubulaire sont variables en fonction du volume de fumées à traiter. Les tubes sont d'une dimension telle que l'écoulement soit turbulent. Selon une réalisation préférée, il est prévu des chicanes pour faire circuler le flux de gaz résiduels chargés de fumées, qui rentre 30 dans le dispositif par dessus et tout autour des différentes sections tubulaires qui constituent la chambre de combustion de forme allongée. Le dispositif d'incinération se prête particulièrement bien à la disposition d'une entrée latérale allongée pour le flux de gaz résiduels; toutefois, cette entrée pourrait se trouver sur le dessus, 35 sur le côté ou en bout et sa position n'a pas à être limitée du moment que des moyens déflecteurs canalisent le flux de gaz entrant, de façon à permettre l'échange thermique, autour de la chambre de combustion à sections multiples. L'échange thermique permet une éco 71 46778 3 2120029 nomie de combustible, grâce au préchauffage du flux entrant de gaz résiduels avant la combustion, et il assure également le refroidissement des gaz de combustion chauds avant leur évacuation hors du dispositif d'incinération. 5 Le dispositif dïncinération de forme allongée, ainsi défini, peut être disposé à l'intérieur d'un four de séchage ou le long de celui-ci de façon que la chaleur émanant des parois tubulaires des sections de l'incinérateur soient utilisée directement, ou bien on peut utiliser des ventilateurs de recirculation pour souffler de 1* 10 air chaud, prélevé autour des sections tubulaires, dans le four de séchage, de façon à aider à maintenir celui-ci chaud. Selon une disposition particulièrement avantageuse de l'invention, l'air de combustion est entraîné par le flux entrant de gaz résiduels, qui est alors canalisé vers la buse du brûleur et autour 15 de celle-ci, dans une zone d'admission dans la chambre de combustion. En d'autres termes, le brûleur est alimenté par de l'air secondaire à 100 ?£ et le flux de gaz résiduels et le combustible se mélangent au niveau de la buse du brûleur pour donner naissance aux flammes et aux gaz chauds de combustion. Le flux de gaz résiduels s'écoule 20 ensuite en courant parallèle avec les flammes du brûleur, vers la chambre de combustion tubulaire, qu'il traverse dans sa longueur. L'utilisation d'un brûleur à air secondaire à 100 5» en combinaison avec un incinérateur thermique a été décrite dans le brevet français 11° 69 43 349. 25 Du fait que l'on utilise une chambre de combustion de forme allongée, il est en général nécessaire de prévoir un ventilateur d'extraction des gaz chauds dans la zone de sortie de la chambre de combustion tubulaire, ou au moins un ensemble caisson et cheminée rece-30 vant le flux de gaz traité, afin de maintenir une circulation convenable des gaz chauds à travers la chambre de combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-ront de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif: 35 la Fig. 1 est -une vue schématique, en perspective, illustrant l'utilisation d'un incinérâteur thermique suivant un mode de réalisation particulier conforme à l'invention en combinaison avec un four vertical pour le séchage de révêtements à base de résine ou d' émail sur des fils métalliques; 4 71 46778 4 2120029 la Fig. 2 en représente une vue schématique en élévation et en coupe, montrant l'utilisation d'un brûleur à air secondaire à 100 $ à l'entrée de la chambre de combustion tubulaire allongée; la Fig. 3 en représente une vue en élévation et en coupe trans-5 versale, montrant la disposition de plusieurs sections tubulaires pour constituer la chambre de combustion et illustrant en outre le trajet à chicanes d'échange thermique du flux entrant de gaz résiduels autour de la chambre de combustion à sections multiples. La Fig. 1 montre une enveloppe 1 de forme allongée, supportant 10 plusieurs sections tubulaires 2 reliées les unes aux autres par des sections 3 coudées en U qui permettent d'obtenir un circuit continu en serpentin à travers la série de sections 2, l'ensemble constituant line chambre de combustion de forme allongée. Dans le mode de réalisation particulier représenté, la circulation s'effectue dans le sens 15 ascendant à travers une rangée verticale de sections tubulaires 2, puis à travers un coude latéral en U 3'. et enfin, dans le sens descendant, à travers une seconde rangée verticale de sections de combustion 2 et jusqu'à une sortie des gaz évacués 4. Comme le montrent plus particulièrement les Fig. 1 et 3, l'en-20 veloppe 1 comporte le long de "l'un de ses côtés une partie 5 en saillie dans laquelle se déplacent verticalement les fils métalliques 6 qui montent en provenance d'un four de séchage inférieur 7. A cet effet, les parois supérieure et inférieure de la partie 5 de l'enveloppe comportent des fentes 8 à travers lesquelles passent les fils 25 6. Ces fentes 8 assurent, en même temps, l'entrée dans l'enveloppe 1 des fumées et de l'air provenant du four de séchage, pour y subir l'incinération thermique. Les gaz résiduels contiennent des vapeurs de solvant et des produits de revêtements qui présentent parfois une odeur et qui proviennent des revêtements à base de résine ou d'émail 30 déposés sur les fils qui traversent le four de séchage 7. Un ventilateur 11, relié à la sortie 4 d'évacuation du gaz, assure l'appel des gaz et leur circulation à travers la chambre de combustion à sections multiples. Comme le montre la Fig. 2, une extrémité de la section tubulai-35 re 2 inférieure est disposée à distance de l'extrémité de l'enveloppe 1 de façon à laisser la place à un brûleur 10 qui est disposé dans l'axe de cette section tubulaire 2, et à une section 9 d'entrée des gaz et fumées située autour de la buse du brûleur 10. On n'en 71 46778 5 2120029 tend nullement limiter les moyens de mélange combustible-air à une disposition particulière ou à un appareil particulier, et la représentation schématique d'une section conique perforée 12 constitue seulement un mode de réalisation particulier. 5 Une bougie d'allumage 14 est disposée près de l'extrémité de sortie de la buse 13 de façon à enflammer le combustible et l'air à la mise en route du dispositif d'incinération thermique. La Fig. 2 montre également, de manière schématique, comment les éléments tubulaires 2 et les coudes 3 constituent un circuit en ser-10 pentin pour les gaz chauds. De préférence, lorsque des sections tubulaires 2 distinctes les unes des autres forment la chambre de combustion à sections multiples, il est prévu des supports flottants dans l'enveloppe 1, de sorte que chaque section 2 soit libre de se dilater radialement et longitudinalement par suite des dilatations 15 thermiques. Ainsi, des entretoises 15 à surfaces de contact lisses sont disposées entre les sections tubulaires 2, de façon à permettre des glissements relatifs des sections adjacentes. Ces entretoises 15 peuvent également constituer des déflecteurs entre les rangées de sections tubulaires. A titre d'exemple, la Fig. 3 montre comment des 20 entretoises 15, disposées entre des sections 2 en .piles, obligent le flux de gaz résiduels à monter pour contourner la section tubulaire supérieure et descendre ensuite autour de la rangée verticale adjacente de sections tubulaires 2. Le flux de gaz résiduels pénètre ensuite dans la zone d'entrée 9. D'autres chicanes verticales où hori-25 zontales peuvent également être prévues entre les sections tubulaires 2 pour obtenir si on le veut des circuits d'écoulement différents. Comme le montre plus particulièrement la Fig. 1, les fumées pénètrent dans la chambre de combustion par l'extrémité ouverte, de la section tubulaire 2 la plus basse et sont finalement évacuées sous 30 forme d'un flux de gaz traité par l'orifice de sortie 4 vers le ventilateur d'extraction 11 et sa sortie 16 qui peut être reliée à une cheminée ou à des moyens de recyclage non représentés. Par le recyclage , on peut renvoyer au moins une partie des gaz traités évacués à haute température vers le four de séchage 7 ou vers une autre zone 35 de traitement. Bien que les modes de réalisation décrits comportent une chambre de combustion de type tubulaire, on pourrait également prévoir dans l'enveloppe 1 des cloisons convenables pour assurer une circulation 71 46778 2120029 en serpentin à sections multiples à travers l1enveloppe^ ce qui en fait constituerait une chambre de combustion de type tubulaire. De même, il n'est pas indispensable que la chambre de combustion présente une section circulaire. Des conduits rectangulaires, hexago-5 naux ou de toute autre forme, réalisés à l'aide de cloisons ou de tubes, peuvent également définir les limites de la chambre de combustion. Il est seulement nécessaire que le flux entrant de gaz résiduels subisse un échange thermique avec le flux de gaz de combustion chauds produit. 10 Le brûleur à 100 fo d'air secondaire a pour avantage de suppri mer le chauffage de l'air envoyé au brûleur. Ceci conduit pour le dispositif à un rendement thermique élevé. Toutefois, on pourrait également utiliser un brûleur approprié du type à pré-mélange. Un isolement thermique 17 est prévu autour de l'enveloppe 1 pour 15 éviter les pertes de chaleur hors du dispositif. Toutefois, on n'entend nullement limiter l'invention, ni quant au type d'isolement, ni quant à la forme de l'enveloppe 1. De même, les Fig. 1 et 3 ne sont que schématiques. Le four 7 pourrait également être disposé le long du four de séchage pour y 20 envoyer directement de la chaleur de rayonnement ou de convexion. L'invention n'est donc pas limitée à la structure et à la disposition de l'enveloppe représentée. D'autre part, les parois de la chambre de combustion tubulaire peuvent également être munies d'ailettes de rayonnement pour favoriser le transfert de chaleur. 71 46778 y 2120029 ' H ev endi c at i ons 1 - Dispositif d'incinération thermique de saz caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison, une enveloppe, une entrée (8) d'air et de gaz dans ladite enveloppe, une chambre de combustion (2) 5 de type tubulaire et à sections multiples disposée dans cette enveloppe, les sections de cette chambre étant reliées en séi'ie à la manière d'un serpentin et écartées les unes des autres, un brûleur (10) et une entrée de flamass dirigés vers une extrémité de la chambre de combustion (2) en un. point éloigné de l'entrée d'air et" de gaz (8), 10 xrne entrée d'air et de gaz (S) dans la chambre de combustion à proximité du brûleur (10) et de l'entrée de flammes, des moyens déflecteurs définissant dans la chambre un circuit conduisant de l'entrée d'air et de gaz (8) dans l'enveloppe à l'entrée d'air et £e gag (9) dans la chambre de combustion en passant autour des sections de cet- 15 te chambre (2), et une sortie (4) de gaz traités hors de l'extrémité de la chambre de combustion.et de l'enveloppe. 2 - Dispositif d'incinération thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le brûleur et les moyens d'entrée des flammes sont constitués par un brûleui' du type à air secondaire à 100 fo 20 et par des moyens de mélange combustible-air combinés avec la zone de distribution de combustible. 3 - Dispositif d'incinération thermique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'entrée d'air et de eaz dans l'enveloppe est disposée longitudinalement sur un côté 25 de celle-ci et en ce qu'il comporte des moyens déflecteurs entre les sections de la chambre de combustion pour canaliser le flux d'entrée de gaz autour de la chambre de combustion. 4 - Dispositif d'incinération thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sections multi- 30 pies de la chambre de combustion sont portées dans l'enveloppe par des supports coulissants pour la compensation des dilatations thermiques . 5 - Dispositif d'incinération thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chan.bre de combus- 35 tion tubulaire est dimensionnée de manière à assurer un écoulement turbulent dans celle-ci. 6 - Dispositif d'incinération thermique selon l'une quelconque 71 46778 8 2120029 des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre de combustion tubulaire est placée de manière à assurer un rayonnement de chaleur directement dans le four de séchage.