Brevet FR2213794A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne un procédé pour éliminer par combustion des gaz résiduaires combustibles, et son dispositif de mise en oeuvre, dans lequel un four de combustion permet d'éliminer effectivement et proprement des gaz résiduaires provenant de diverses installations par brûlage jusqu'# combustion totale. Jusqu'ici, pour éliminer les gaz résiduaires combustibles par brûlage, on utilisait le plus souvent des cheminées ou brû- leurs. Suivant ce procédé, les gaz résiduaires'combustibles sont évacués par le sommet de hautes cheminées à l'air libre et éliminés immédiatement par combustion. Toutefois, suivant ce procédé, les gaz ne brûlent pas complètement à l'air libre,de sorte qu'une fumée noire ou des gaz non brûlés se répandent tels quels dans l'atmosphère qu'ils polluent, provoquant du bruit et un éclairement atmosphèrique qui augmentent la pollution générale. Or le simple fait de déplacer la cheminée ou d'augmenter sa hauteur ne peut résoudre le problème et la nécessité se fait vivement sentir d'un procédé ou dtun dispositif assurant une combustion totale des gaz résiduaires combustibles. La présente invention a pour but un procédé d'élimination pour combustion des gaz résiduaires et un appareil pour la mise en oeuvre dudit procédé assurant une combustion totale des gaz résiduaires. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de 11 invention. La figure 1 est une vue schématique d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Les figures 2 à 4 illustrent le fonctionnement de la cuve à tubulures de la fig.1. La figure 5 est une vue en coupe montrant les éléments essentiels du four de combustion pour brûler les gaz résiduaires prevenant de la cuve à tubulures. La figure 6 illustre 11 écoulement du gaz lorsque celui-ci brûle dans le four de combustion de la fig.5. L'appareil représenté sur la fig.1 comprend une tubulure principale A par laquelle arrive le gaz résiduaire provenant d'une installation industrielle. La tubulure A se divise en trois tubulures secondaires AI, A2 et A3 qui permettent de diviser le flux - de gaz suivant son débit dans la tubulure principale. Une cuve à tubulures B est divisée par des cloisons 7 en trois chambres indép-endantes Bl, B2, 33, -correspondant chacune à une tubulure Al, A2 et A3. Ces chambres sont étanches à l'air et for ment des tampons hydrauliques. Dans les chambres à tampons hydrauliques 31, B2, B3, on introduit de l'eau qui est maintenue à des niveaux étagés Cl, C2, C3, haut, moyen et bas, respectivement, par un régulateur de niveau d'eau non représenté, de façon que les extrémités aval ouvertes des tubulures Al, A2 et A3 soient immergées. Des tubulures. de liaison 1)1, D2, D3 relient les extrémités supérieures des chambres 31, B2, B3 à un four de combustion associé E. Le four de combustion E comprend une pluralité de corps cylindriques de diamètres différents assemblés en un seul corps continu dont le diamètre va décroissant vers le bas. Comme représenté sur la fig.1, le four de combustion comprend une pluralité d'étages solidaires les uns des autres,l'éta ge inférieur constitue une première chambre de combustion F que suit une deuxième chambre de combustion G, puis une troisième chambre de combustion H, de plus grand diamètre intérieur, formant l'étage supérieur, le tout étant choisi en fonction de la quantité et de la nature du gaz résiduaire à éliminer, et de sa capacité d' élimination. Dans la première chambre de combustion F, a'à 'étage inférieur du four E dépasse un injecteur 2 qui est monté sur l'extrémité aval de la tubulure de liaison D3 qui communique avec la chambre à tampon hydraulique 33. Dans la deuxième chambre de com- bustion G dépasse un injecteur 3 qui est monté sur l'extrémité aval de la tubulure de-liaison D2 qui communique avec la chambre B2. De la même façon, dans -la troisième chambre de combustion H dépasse un injecteur 4 qui est monté sur l'extrémité aval de la tubulure de liaison D1 qui communique avec la chambre 31. Dans la cuve B (fig. 1) le gaz résiduaire, qui est acheminé par la tubulure principale et se divise dans les tubulures AI, 12, A3, tend à pénétrer dans les chambres à tampon hydraulique B1, 32, B3 en surmontant la pression de l'eau de chacune de ces chambres dont le joint hydraulique a des niveaux différents Cls C2, 03. Lorsque le débit (pression d'admission) du gaz résiduaire est faible (fig.2), le gaz résiduaire débouche par l'ouverture de l'extrémité aval de la tubulure A3 dans l'eau de la chambre B3 dont le niveau du joint hydraulique est le plus faible et s'élève dans ce joint sous forme de bulles pour s'échapper par la tubulure de liaison D3 vers l'injecteur 2 de la premiere chambre de combustion F à l'étage inférieur du four de combustion E où il brûle au moyen d'un brûleur allumé par un brûleur pilote. Lorsque la quantité de gaz résiduaire provenarlt de l'installation industrielle augmente graduellement (fig.3), la pression s'élève de façon correspondante dans les tubulures AI, A2, A3, de sorte que le gaz résiduaire surmonte le joint hydraulique de la tubulure A2 et s'écoule par la tubulure de liaison D2 vers l'injecteur 3 de la deuxième chambre de combustion G du four de combustion E où son élimination par combustion s'effectue. Dans le cas illustré par la fig.3, le brûlage du gaz s'effectue à la fois dans la première chambre de combustion F et dans la deuxième chambre de combustion G. Lorsque la quantité de gaz résiduaire provenant de l'installation industrielle augmente encore (fig .4) sa pression dans la tubulure principale A et dans les tubulures AI, AS, A3 augmente de façon correspondante et le gaz résiduaire surmonte non seulement le joint hydraulique des tubulures A3 et A2, mais aussi celui de la tubulure AI, de sorte qu'il est admis par la tubulure de liaison D1 et l'injecteur 4 dans la troisième chambre de combustion B du four E où il est éliminé par combustion. Dans le cas illustré par la figure 4, l'élimination par combustion s'effectue dans les trois chambres F, G, H du four E. inversement, lorsque le débit du gaz résiduaire diminue progressivement, la pression du gaz dans les tubulures AI, A2,A3 diminue aussi progressivement, de sorte que cette pression peut surmonter la profondeur du joint hdrdrrlulique C2, C3 des tubulures A2, A), mais non celle du joint hydraulique Cl de la tubulure AI. il en résulte que la tubulure de liaison D1 n'est plus alimentée en gaz et que le gaz s'écoule par les tubulures A2 et A3 dans lesquelles la pression du joint est moindre et par les tubulures D2 et 23 darus le four E Où s'effectue sa cor#ustion. Dans le mode de réalisation des figures 1 à 4, pour s'adapter à la quantité de gaz résiduaire s'écoulant dans la tubulure principale A, la cuve B comprend trois jeux de tubulures secondaires AI, A2, A3 qui correspondent par exemple à une pression élevée, une pression moyenne et une basse pression, trois chambres B 32, B3 à tampon hydraulique reliées à ces tubulures, trois tubulures de liaison Dl, D2, 1)3 reliant les chambres à tam pon hydraulique au four de combustion, ainsi que des brûleurs et des brûleurs pilotes correspondants, mais ce nombre de jeux n1 est pas limité et peut varier en fonction de la quantité de gaz à éliminer, de l'étendue de ses variations de débit afin d'effectuer une élimination efficace par combustion. En outre, les chambres à tampon hydraulique Bl, 32, 33 ont un joint hydraulique de hauteur variable mais le même résultat serait obtenu si la longueur des tubulures secondaires immergées était différente et le joint hydraulique de même hauteur pour chaque chambre. Comme indiqué précédemment, suivant la présente invention, le Zaz résiduaireà éliminer par combustion est divisé suivant sa pression d'écoulement au moyen de chambres à tampon hydraulique dont la hauteur du joint hydraulique correspond à la quantité de gaz résiduaire qui doit passer dans la cuve 3, puis il est envoyé séparément dans chaque chambre de combustion, de sorte out même si le débit du gaz varie considérablement entre un débit maximal et un débit minimal, le flux de gaz peut être divisé correctement et éliminé au fur et à mesure. l'élimination par combustion du gaz peut être effectuée de façon-très efficace et en toute sécurité, quelle que soit la rapidité des chelkgements de débit du gaz. Comme représenté sur la fig.1, le four de combustion peut être installé au niveau du sol, de sorte que l'appareil est facile à entretenir, à surveiller et à faire fonctionner, ce qui n'est pas le cas des cheminées de combustion classiques. Le four de combustion E est représenté plus en détail sur les figures 5 et 6. Le four E comprend une paroi extérieure cylindrique 5 en tôle d'acier, ou analogue, doublée d'une paroi intérieure réfractaire 6 appliquée d'un seul tenant, telle qu'une matière plastique réfractaire. Le four E forme un corps continu constitué par. une pluralité de corps cylindriques de diamètres intérieurs différents, le corps cylindrique de plus large diamètre intérieur étant disposé en haut et les diamètres des autres-cylindres allant décroissant vers le bas-. L'intérieur du four constitue une chambre de combustion à plusieurs étages assemblés d'un seul tenant de façon telle que la deuxième chambre de combustion G a un plus grand diamètre intérieur que la première chambre de combustion F, et que la troi sième chambre de combustion H a un diamètre intérieur plus grand que la deuxième chambre, et ainsi de suite, le diamètre intérieur des étages allant croissant vers le haut et leur nombre dépendant de la quantité et de la nature du gaz résiduaire à traiter, ainsi que la capacité de combustion.Le four de combustion comporte en outre un orifice d'échappement 7. Dans chacune des chambres de combustion F, G, H du four débouche un injecteur 2, 3, 4 respectivement,qui sert à injecter dans la chambre de combustion le gaz à brûler provenant de la tubulure de liaison après etre passé dans les chambres à tampon hydraulique de la cuve B (fig. 1). Autour de la circonférence des injecteurs 2, 3, 4 sont ménagées des prises d'air 8 par lesquelles est aspiré l'air nécessaire à la combustion, les prises d'air communiquant avec l'atmosphère. Un injecteur de vapeur 9 sert à évacuer la fumée du four de combustion ou à introduire de l'air dans le four. Les injecteurs de gaz 2, 3, 4 sont montés sur des collecteurs annulaires Il et les injecteurs# de vapeur 9 sont montés sur des collecteurs annulaires 10. Les injecteurs 2, 3, 4 et les prises d'air 8 sont disposés respectivement dans#le fond fermé de la première chambre de combustion F et dans le fond des chambres suivantes G et H, et dans l'espace immédiatement adjacent, ceci afin d'établir une atmos phère favorable à la combustion du gaz à éliminer pour faciliter sa combustion. Un chalumeau d'allumage 12 est disposé dans le fond fermé de la chambre inférieure de combustion F et coopère avec un ou plusieurs brûleurs à gaz pilotes. Des pieds-supports appropriés 13 supportent le four à combustion sur le sol. La figure 6 illustre l'écoulement du gaz pendant sa combustion dans les chambres de la ftWSe 5. X, Y et Z représentent, respectivement, le flux tourbillonnaire engendré par la combustion à chaque étage des chambres de combustion sur la figure 5, la ligne fléchée en traits pleins représente l'arrivée du gaz à brûler, la ligne en traits interrompus représente l'arrivée de la vapeur et la ligne en traits mixtes représente l'alimentation des brûleurs à gaz pilotes. Comme représenté sur les figures 5 et 6, dans le four de combustion E, le système de combustion qui ssert à éliminer par combustion le gaz résiduaire combustible est constitué par un corps cylindrique continu composé d'une pluralité d'étages de diamètres intérieurs différents#, décroissant vers le bas. Dans le fond annulaire de chaque étage et dans le fond fermé de l'éta- ge inférieur sont disposés les injecteurs (2, 3, 4) de gaz résiduaire et les prises d'air (8) nécessaires à la combustion, pour que le gaz ss'enflamme dans le fond de l'étage inférieur, ce qui permet de réduire considérablement la capacité volumétrique de l'ensemble du four de combustion sans diminuer la puissance des prises d'air. Alors que le four de combustion E peut être de volume très réduit par rapport aux fours de combustion cylindriquessimples classiques, dans les zones de flux tourbillonnaire X, Y, Z créées à chaque étage par la vitesse du flux ascendant de gaz brûlé dans la première chambre de combustion à l'étage inférieur, sont ménagées les prises d'air 8, ce qui diminue la pression statique, augmente le courant de ventilation et permet d'aspirer une plus grande quantité d'air, favorisant ainsi la combustion, la circulation du gaz brûlé dans les chambres devient plus active, sa combustion totale est facilitée, et il devient possible de brûler une quantité de gaz accrue. D'autre part, suivant l'invention, du fait que les injecteurs de gaz résiduaire sont-disposés non seulement dans le fond de 1 t étage inférieur, mais à chacun des étages, on peut régulariser le taux de combustion à tout moment en contrôlant le débit d'écoulement des divers injecteurs suivant la condition du gaz résiduaire dans les chambres de combustion et on peut même évacuer une petite quantité de gaz à éliminer.En outre, le gaz résiduaire injecté dans la deuxième et la troisième chambre de combustion peut etre enflammé et brûlé immédiatement avec des flammes dans la première chambre de combustion, et corme la deuxième et la troisième chambre de combustion sont généralement chauffées par la première chambre de combustion, une combustion complète du gaz résiduaire peut être atteinte, avec également un bruit moindre que dans les fours classiques. Comme indiqué précédemment, le four de combustion de la présente invention, à la différence des fours classiques, n'a pas à être placé très au-dessus du sol, ce qui permet de le monter rapidement et en outre il est conforme aux normes anti-pollution. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exem ple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'in- vention. - RE DICAIONS 1 - Procédé d'élimination de gaz résiduaires combustibles, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le gaz d'un conduit principal dans une cuve, par une pluralité de conduits secondaires qui divisent le flux du gaz résiduaire en fonction de son débit dans le conduit principal ; puis à acheminer le gaz de la cuve dans un four de combustion par une pluralité de conduits de liaison suivant le débit d'écoulement du gaz, et à introduire le gaz dans le four de combustion au moyen d'un injecteur disposé à l'extrémité aval de chaque conduit de liaison pour éliminer ledit gaz séparément par combustion. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve précitée comprend une pluralité de chambres à tampon hydraulique, les extrémités aval ouvertes des conduits secondaires débouchant chacune dans une chambre à tampon ou joint hydraulique et étant immergées dans les joints hydrauliques de profondeurs différentes échelonnées. 3 - Procédé suivant la revendication n ou 2, caractérisé en ce que le four de combustion est constitu;é 'par un corps cylindrique continu composé d'une pluralité d'étages de diamètres intérieurs différents, 1 étage de plus grand diamètre intérieur étant situé en haut et le diamètre des étages suivants allant en décroissant vers le bas. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le four de combustion comprend des injecteurs de gaz résiduaire et des prises d'air, disposés respectivement dans le fond annulaire de chaque étage et dans le fond fermé de L'étage inférieur, lesdites prises d'air étant adjacentes aux injecteurs pour permettre la combustion du gaz à partir du fond de l'étage inférieur du four. 5 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que ltextrémité aval du conduit principal d'écoulement du gaz résiduaire se divise en une pluralité de conduits secondaires destinés à diviser graduellement le flux de gaz résiduaire en fonction de son débit dans le conduit principal les extrémités aval ouvertes desdits conduits secondaires plongeant dans des chambres à tampon hydraulique cloisonnées de façon correspondante au nombre de confits seconaires, et étant im#er- ovées dans les joints hydrauliques de profondeuis difoérentes écnelonnéeE, un conduit de liaison reliant la partie supérieure We chaque chambre au four de combustioe#, de façon que le gaz ré résiduaire acheminé par chaque conduit de liaison soit élimine s - parémert par combustion dans le four de combustnoll, ledit four étant constitué par un corps cylindrique continu composé d'une pluralité d'étages de diamètre intérieur décroissant vers le bas, des injecteurs de gaz résiduaire et des prises d'air adjacentes étant disposés dans le fond annulaire de chaque étage et dans le fond fermé de l'étage inférieur pour permettre la combustion du gaz à partir du fond fermé de l'étage inférieur du four de combustion. 6 - Dispositif de mise en ouvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens de dérivation pour dériver un flux de gaz résiduaire dans une pluralité de conduits secondaires suivant le débit du gaz dans le conduit principal par lequel s'éco#ule le gaz ; une pluralité de conduits de liaison pour acheminer vers un four de combustion le gaz divisé par les moyens de dérivation ; et un four de combustion effectuant séparément la combustion du gaz admis par un injecteur disposé à l'extrémité avaR de chaque conduit de liaison. 7 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de dérivation comprennent une pluralité de chambres à tampon hydraulique- cloisonnées par des plaques de séparation, l'extrémité aval ouverte d'un conduit secondaire étant im- mergée dans chaque chambre à fermeture hydraulique, les joints d'eau desdites chambres étant de hauteurs différentes échelonnées, et les conduits de liaison reliant chaque chambre au four de combustion. 8 - Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le four de combustion est constitué par un corps cylindrique continu constitué par une pluralité d'étages de diamètres intérieurs différents décroissants, l'étage de plus grand diamètre étant situé en haut et celui de plus petit diamètre étant s tué en bas du four, dans le fond annulaire de chaque étage et dans le fond fermé de l'étage inférieur étant disposés des injecteurs de gaz et des prises d'air adjacentes et le fond fermé de l'étage inférieur comportant en outre des moyens d'allumage.