Brevet FR2209076A1 — publié le 19740628

L'in-ention concerne un procédé pour Z combustion de déchets ainsi qu'un appareil pour la pratique du procédé. Etant donné la quantité continuellenent croissante de déchets qui proviennent de l'industrie, des h8pitaux et des ménagea, la nécessité d'éliminer ces quantités de déchets sans qu'il en résulte de pollution est devenue de plus en plus grande. En particulier les déchets contenant de grandes quantités de matières organiques posent des problèmes spéciaux parce que les matières organiques peuvent pourrir et causer des maladies. Les déchets à haute teneur en matières organiques tels que les déchets des hôpitaux en particulier ainsi que ceux des ménages sont donc habituellement brillés dans des installations d'incin-ération, après quoi les cendres, généralement en quantité minime, peuvent être facilement éliminées et éventuellement utilisées comme engrais. les installations d'incinération deconstruction usuelle sont généralement munies d'une chambre de combustion et d'une grille sur laquelle on dispose ou on transporte les déchets. Si l'on fait passer l'air comburant ou en tout cas une part notable de celui-ci à travers des grilles de ce genre, on obtient une combustion efficace des déchets. Toutefois l'inconvénient en est qu'une grande partie du résidu de cendres, qui est sous forme finement divisée et peut donc flotter dans un courant de gaz, suit le mouvement de l'air comburant et du gaz de combustion formé qui doit alors être épuré. Etant donné que les grilles du genre ci-dessus sont habituellement fabriquées en métal fondu, par exemple en fonte ou en alliage de fer contenant du chrome, qui ne peut pas supporter une-température trop élevée en présence d'air qui contient de l'oxygène, on essaie de maintenir une basse température de combustion sur la grille en commandant l'amenée d'air de sorte que la température est limitée par une amenée d'air accrue. le risque d'entrarnément de particules de cendres avec le courant gazeux est ainsi accru.En outre, si l'on augmente l'amenée d'air afin d'abaisser la température, il s'ensuit que localement, dans des régions à combustion intense et à turbulence particulièrement gradue, il peut tout de même apparaître des températures très élevées qui causent une transformation de la cendre en scorie, avec la fatigue accrue qui an résulte pour les grilles à action mécani- que. Afin d'éviter les inconvénien s de pollution qui sont liés à l'émission de gaz de combustion contenant des particules de cendre ou de noir de fumée, il est généralement néccasai- re d'épurer le gaz de cctnbustion, ce qui est très compliqué et coûteux puisqu'il faut tout d'abord abaisser la température en dessous de 400 C. A cet effet, dans les procédés connus, ou bien on mélange directement le gaz de combustion à de l'air froid de sorte que la quantité de gaz de combustion à épurer augmente fortement, ou bien on fait passer le gaz de combustion sur des surfaces de refroidissement, ce yui fait que la haute teneur en particules solides du gaz de combustion expose les surfaces de refroidissement à la corrosion, à l'usure et à des dépôts indé sirablea et pose es conditions strictes en ce qui concerne la structure donnée à ces surfaces, si l'on veut atténuer les inconvénients mentionnés. En outre, lorsqu'on brutale des déchets de la fa çon décrite plus haut, il est difficile d'obtenir une combustion complète étant donné qu'il apparat différentes températures dans la chambre de combustion de sorte que localement il peut se produire une accumulation partielle :de résidus de matière organique et que le dégazage complet des résidus peut être empêché par le fait qutils sont coulés dans la scorie en mêne temps que celle-ci se forme.Etant donné qu'en outre la composition des déchets peut varier notablement, aussi bien en ce qui concerne leur teneur en humidité que leur teneur en nattière organique et que le pouvoir calorifique peut varier aussi notablement, il est difficile de régler les installations de combustion de ce genre de aciére à obtenir des conditions optimales de combustion. Il est connu aussi de brûleur les déchets dans des ours tournants à tambour mais de cette façon non plus, on n'évite pas le problème posé par les centres volantes et les particules de noir de fumée entraSnées dans le gaz de combustion, L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus et de permettre une combustion efficace de toutes les formes de déchets présentant des teneurs variables en humidité et en matières organiques. En outre, l'invention vise à obtenir une combustion telle que le gaz de combustion formé soit exempt de particules de cendre, de particules de noir de fumée et de substances malodorantes de façon que l'on puisse laisser échapper le gaz de combustion dans l'atmosphère sans l'épurer et sans qu'il en résulte une pollution. On y-parvient gracie au procédé selon l'invention dans lequel on introduit les déchets par portions dans un four de combustion, on allume et on les gazéifie dans une zone de gaséi- fication et on brûle les produits de gazéification dans une zone spéciale de combustion secondaire séparée de la zone de gazéification, la zone de combustion secondaire étant chauffée à au poins 8000C avant allumage des déchets dans la zone e gazéification et maintenue à cette température pendant toute la période de combust tion. Be procédé est caractérisé par le fait que l'on amène à la zone de gazéification un déficit d'air tel que par combustion partielle des déchets, il se dégage tout juste la quantité de chaleur nécessaire à la gazéification et que l'on introduit dans la zone de combustion secondaire un excès d'air qui suffit à brûler complètement les produits de gazéification et éventuellement aussi à refroidir le gaz de combustion dans une zone qui suit. Si l'on effectue la combustion de la façon indic quée ci-dessus, il est entièrement assuré que toutes les matières organiques soient complètement brûlées et il est possible aussi d'éviter une turbulence pendant le processus de combustion partielle dans la zone de gazéificationd e sorte que pratiquement, il n'y a pas de particules de cendre ou autres solides entraSnées avec le gaz formé vers la zone de combusiton secondaire. On peut faire sortir le gaz de combustion à haute température sans dilution. Mais si on le désire, on peut aussi tirer parti de la chaleur pour faire passer le gaz de combustion sur des surfaces de refroidissement qui peuvent être simples et économiques, étant donné qu'à cause de sa très faible teneur en solides le gaz de fumée n'expose pas les surfaces de refroidissement à deys actions mécaniques ou chimiques particulièrement grandes. Il est apparu en outre que trace aux mesures proposées par l'invention, on est en mesure de régler la température pendant le processus de combustion partielle dans la zone de gazéification. En réglant convenablement la quantité d'air amenée à la zone de gazéification, on peut maintenir la température de combusiton ou de dégazage à de bas niveaux, par exemple à 6500C ou en dessous. Il est apparu avantageux selon l'invention d'ajuster la quantité d'air amenée à la zone de gazéification en établissant une pression constante dans des buses servant à introduire l'air dans la zone de gazéification. Si l'on maintient la pression constante, la quantité d'air effectivement amenée varie en fonction de la température dans la zone de gazéification, en ce sens qu'une élévation de température entraîne une augmentation de la quantité d'air. Selon l'invention, il est avantageux aussi de séparer la zone de gazéification et la zone de c-ombustionse- condaire par un filtre à gaz. On évite ainsi que le gaz riche en oxygène qui se trouve dans la zone de combustion secondaire ne se mélange au gaz de la zone de gazéification, de sorteXque lton évite une vitesse forcée de combustion. L'invention a encore pour objet un appareil destiné à la pratique du procédé mentionné et caractérisé par le fait qu'il est formé d'un four de combustion qui comprend une zone de gazéification 1 munie d'un dispossitif d'allumage 17, une zone de combustion secondaire 2 munie d'un dispositif de chauffage 18 et un filtre à gaz 3 situé entre les deux zones, que la zone de gazéification 1 est délimitée par un garnissage réfractaire 4 contenu dans le four de combustion et qui présente des -buses d'amenée d'air 5 par lesquelles de l'air peut être amené depuis une chemise 6, et Que la zone de combustion secondaire est délimitée par un garnissage réfractaire7 qui présente des buses d'amenée d'air 8 venant d-'une chemise 9. On expliquera plus précisément l'invention ci-après à propos des dessins qui montrent en coupe un four de combustion selon l'inentipn. Be four de combustion mentionné comprend une zone de gazéification 1 ou une chambre de gazéification dans laquelle on introduit des déchets par une porte antérieure -non représentée) ou un sas d'introduction. la chambre de gazéification 1 est limitée par un garnissage réfractaire 4 qui est percé en certains points pfar des trous ou des buses 5 par lesquelles de l'air peut être anené d'une chemise 6, la quantité d'air étant réglée au moyen d'une valve ou d'un volet 1 et étant amenée à la chemise 6 par un tube ou un conduit 12. La chambre de combustion 1 est li mitée en haut par une plaque filtrante 3 dont la porosité est calculée de telle sorte que l'on obtient une chute de pression désirée à la traversée de la plaque filtrante.Cette plaque filtrante sépare la chambre de gazéification d'une chambre de combustion secondaire 2 qui est délimitée par un garnissage réfractaire 7 percé en certains points par des buses d'amenée d'air 8communiquant avec une chemise de distribution 9. L'amenée d'air à la chambre de combustion secondaire est réglée au moyen d'une valve ou d'un volet 13 qui règle la quantité d'air amenée par un conduit 14 à la chemise 9. La chambre de combustion secondaire 2 déhouche dans une cheminée comportant une zone de refroidissement 10 dans laquelle de l'air est amené d'un conduit 16, plus précisément avec régulation par une valve ou un volet 15. Le garnissage réfractaire 7 doit être formé d'une matière céramique à point de fusion élevé, étant donné la haut température de combustion dans la chambre de combustion secondaire. Dar contre, le garnissage réfractaire 4 peut avantageusement être formée d'une tôle métallique réfractaire ou résistant à la chaleur par exemple 'un alliage d'scier contenant du chrome et du nickel, ou du chrome et de l'aluminium et portant une couche isolante extérieure de type connu, par exemple de laine minérale, étant donné la basse température réglée de la zone de gazéification. Il existe des alliages d'acier résistant E. la chaleur qui peuvent supporter constamment des températures atteignant 800 à 8500C, ce qui suffit au but indiqué, étant donné la combustion partielle réglée. En fabriquant le garnissage réfractaire 4 en tôle métallique résistant à la chaleur, on obtient une diminution nota ble de poids du four de combustion qui, par conséquent, peut être refroidi plus vite après la triode de combustion. Si on le désire on peut pourtant utiliser aussi une matière céramique pour le garnissage réfractaire 4. Une fois que les déchets ont été introduits dans la chambre de gazéification 1 et que l'installation est fermée, on met en action un bradeur 18 qui chauffe la chambre de combustion secondaire 2 à une température 'au moins 80non. Ce bradeur peut être commandé par une minuterie ou un thermostat, de sorte que la température minimale indiquée est maintenue. le temps de chauf fage dépend de la grandeur du four et peut être par exemple de 8 à 10 minutes. Ce brûleur est commandé par le thermostat pensant toute la période de combustion. Lorsque la température mentionnée est atteinte dans la chambre de combustion secondaire, on met en marche un ventilateur central ( non représenté ) qui introduit de l'air par les volets de réglage 11, 13 et 15 et les conduits 12, 14 et 16 et en même temps, on met en action un brûleur 17 qui allume les déchets dans la chambre de gazéification 1. Ce brûleur s'arrête habituelle- ment au out de 3 à 10 minutes, ce laps de temps pouvant être réglé au moyen d'une minuterie, ou bien le brûleur peut être commandé par un thermostat. Le ventilateur central accumule une pression d'air de 80 à 100 mm d'eau en amont des volets 11, 13 et 15.Le volet il joue le r8le d'une valve régul trice de pression soumise à un poids qui peut abaisser de 10 à 30 mm d'eau la pression d'air de façon réglable, pour l'amener entre 50 et 90 mm. Cette pression d'air règne donc dans la chemise 6 et en fonction de la section des buses à air 5, à température constante, une quantité d'air constante afflue à la chambre de gazéification 1. Quand la tempé rsture s'élève dans la chambre de gazéification 1 par suite de la combustion, la quantité d'air est chauffée et par suite, se dilate. Pour une élévation de température de 2000G par exemple, le volume augmente proportionnellement plus que le débit traversant les buses a air, ce qui fait que la quantité d'air amenée, en Nm3, est diminuée d'environ 34 %. Etant donné qu'une diminution de l'amie née d'air pour la combustion diminue la vitesse de combustion, la température de combustion sera maintenue basse et de cette manière, il est possible de régler à un bas niveau désiré la température moyenne de la chambre de gazéification. Une élévation de la temp rature ou une augmentation de la production de gaz dans la chambre de gazéification a aussi pour effet que la pression augmente dans celle-ci perce que la différence de pression au fessus du filtre à gaz 3 augmente, ce qui contribue à diminuer l'amenée d'air à limiter la température de gazéification et donc à limiter la production de gaz. Par suite de la quantité d'air-limitée introduite dans la chambre de gazéification 1 et de la faible vitesse d'écoulement qui en résulte, le gaz dégagé est pratiquement exempt de particules de cendre ou de noir de fumée. Le gaz formé passe à travers les pores du filtre à gaz 3 et entre dans la chambre de combustion secondaire 2 où le gaz est brdlé par des excès d'air qui affluent du conduit 14 par les buses 8.On règle cette quantité d'air par la position du volet 13. le gaz de combustion, avecun excès d'air approprié, monte dans une cheminée où il se mélan- ge dans une-zone de refroidissement 10 à de l'air de refroidissement qui est introduit par un conduit 16 et réglé par. un volet 15. le gaz de combustion qui sort de la cheminée est exempt de particules en suspension, refroidi et inodore, de sorte que l'on peut le laisser échapper sans pollution. Dans le cas d'un four de combustion de grandeur appropriée, comportant par exemple une chambre de gazéification d'environ 2 m3, on peut utiliser de façon appropriée un ventilateur central d'une capacité de 3500 Nm3/h avec une contre-pression de 100 mm de colonne d'eau. De cette quantité d'air, 250 Nm3/h par exemple peuvent être introduits dans la chambre de gazéification, la quantité d'air étant réglée, au moyen de la valve régulatrice de pression 11, en fonction de la température de la zone de gazéification 1. Pour brayer complètement le gaz introduit dans la chambre de combustion secondaire 2, on introduit par exemple dans celle-ci 625 Nm3 d'air. les 2625 Nm3 environ qui restent passent dans le conduit à fumée et la cheminée où ils'se mélangent au gaz de combustion et refroidissent celui-ci. Environ 15 minutes après la mise en action du .brdleur 17, on met celui-ci dans la position de fonctionnement auzomatique réglé par thermostat à environ 5000C, pendant un laps de temps prédéterminé, par exemple 150 minutes au maximum, Si cette température n'a pas été atteinte au moment considéré par suite d'une haute teneur en humidité ou d'un faible pouvoir calorifique des déchets ou pour les deux raisons.La combustion est arrêtée par un thermostat disposé dans une chambre de gazéification lorsque la température s'est abaissée en dessous de la va- leur fixée, par exemple 150 à 2000C et qu'il n'y a plus de grandes quantités de matière combustible pour maintenir une température plus élevée. l'interrupteur de ce thermostat est court-circuité par la minuterie susdite lors du démarrage, pendant les 23 à 25 premières minutes. Quand la combustion est terminée ainsi qu'on la mentionné, le ventilateur central et le brûleur de la chambre de combustion secondaire 2 s'arrêtent, après quoi on peut évacuer le cendre du four et introduire à nouveau des déchets pour la combustion suivante. On peut équiper l'appareil de dispositifs de régulation et de commande, de thermomètres, de manomètres et d'autres instruments de mesure, de sorte que la combustion peut s'effectuer tout d fait automatiquement et sans l'intervention d'opérateurs. En outre, après la fin de la combustion, l'appareil peut arrêter lui-m8me le fonctionnement et la seule forme de manoeuvre nécessaire consiste à retirer la cendre Quand cela est nécessaire et à introduire une nouvelle portion de déchets pour les brûler, ce qui peut se faire à n'importe quel moment après la-fin du processus de combustion précédent. -REYENICATIONS - 1 ) - Procédé de combustion de déchets que l'on introduit par portons dans un four de combustion, que l'on allume et que l'on gazéifie dans une zone de gazéification, les produits de gazéificaiion étant brûlés dans une zone spéciale de combustion secondaire séparée de la zone de gazéification, la zo- ne de combustion secondaire étant chauffée à au moins 80000 avant l'allumage des déchets dans la zone de gazéification et maintenue à cette température pendant toute la période de combustion, procédé caractérisé par le fait que lton amène à la zone de gazéifica tion un déficit d'air tel que par combustion partielle des déchets il ne dégage tout juste la quantité de chaleur nécessaire à la gazéification et que l'on introduit dans la zone de combustion secondaire un excès d'air qui suffit à brdler complètement les produits de gazéific cation et éventuellement aussi à refroidir le gaz de combustion dans une zone qui suit. 20) - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on ajuste la quantité d'air amenée à la zo ne de gazéification en établissant une pression constante dans des buses servant à introduire l'air dans la zone de gazéification. 30) - Appareil pour la pratique du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il est formé d'un four de combustion qui comprend une zone de gazéification munie d'un dispositif d'allumageune zone de combustion secondaire munie d'un dispositif de chauffage et un filtre à gaz situé entre les deux zones, que la zone de gazéification est délimitée par un garnissage réfractaire contenu dans le four de combustion et qui présente des buses d'amenée d'air par lesquelles de l'air peut être amené depuis une chemise, et que la zone de combustion secondaire est délimitée par un garnissage réfractaire qui présente des buses d'amenée d'air venant d'une chemise. 40) - pareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il est muni de dispositifs de régulation des quantités d'air amenées à la zone de gazéification et à la zone de combustion secondaire. 5 ) - Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé par le fait Que le garnissage réfractaire de la chambre de combustion secondaire est formé d'une masse céramique tandis que le garnissage réfractaire de la cambre de gaUéi- fication est formée d'une plaque d'un alliage résistant à la chaleur, éventuellement muni d'une couche isolante extérieure.