Brevet FR2288942A1 — publié le 19760521

La présente invention concerne un incinérateur perfectionné de fumées qui permet tm mode de fonctionnement, soit thermique, soit Ca- talytique, soit thermo-catalytique. Une récupération de chaleur peut être obtenue en faisant passer les fumées entrantes à travers un changeur thermique annulaire en vue d'un échange de chaleur avec le courant de sortie de gaz purifié chaud. On connait de nombreuses formes d'incinérateurs thermiques et catalytiques. La présente forme nouvelle est compacte et permet la mise en place ou l'enlèvement de catalyseur pour permettre la mise en oeuvre, soit thermique, soit catalytique. Si le catalyseur ne fonctionne pas parfaitement, le brûleur peut engendrer des températures suffisamment élevées pour permettre l'incinération thermique tandis que le catalyseur est enlevé. Un incinérateur préféré suivant l'invention utilise un bztleur à 100 % d'air secondaire tel que l'on n'a pas besoin de fournir d'air primaire, pour obtenir un mode de fonctionnement à grande efficacité. Le catalyseur peut étre un mince lit de particules réfractaires imprégnées; un agent catalyseur imprégné sur un support céramique en nid d'abeilles; ou, de préférence, un agencement entièrement méta que, par exemple un ruban ou un fil, disposé en forme de natte imprd- gnée avec un eatalyseur et disposé entre des écrans de-retenue. L'invention a donc pour but de fournir une unité d'incinération thermo-catalytique de fumées avec un brûleur et des éléments catalyseur placés de façon appropriée pour que cette unité puisse titre facilement mise en oeuvre, soit thermiquement, soit catalytiquement, sans modification. À cet effet, l'invention fournit un incinérateur thermo-catalytique de fumées qui comprend, en combinaison : un carter extérieur allongé une cloison interne allongée de forme cylindrique espacée vers l'intérieur de la paroi dudit carter de façon à fournir un espace annulaire entre eeux-ci, une section interne aval de brûleur et une section amont d'oxydation de fumées; un brûleur placé k l'extré- mité dudit carter pour décharger axialement des gaz chauds dans ladite section de brtleur, une entrée de gaz dans ledit carter et ladite section de brftleur, un catalyseur perméable aux gaz dans au moins une partie périphérique de la portion aval de ladite cloison cylindrique, un passage entre ledit espace annulaire et une face dudit catalyseur et une sortie de gaz traités de la face opposée dudit catalyseur et dudit carter, de sorte que les fumées à brayer et les gaz du brûleur passent radialement dans une partie amont dudit espace annulaire et s'écoulent ensuite radialement à travers ledit catalyseur vers ladite sortie. Dans un mode de réalisation, l'incinérateur contient un cloisonnement permettant l'échange de chaleur des fumées entrantes avec les gaz chauds. Dans un mode de réalisation préféré, l'incinérateur présente un filtre dans la portion amont du cloisonnement interne pour filtrer les gaz passant du brûleur à la seetion-de catalyse. Le filtre évite l'accumulation de particules sur le catalyseur. On préfère que le filtre et le catalyseur soient disposés suivant un arrangement à peu près bout à bout de sorte que le gaz s'éeoule radialement à travers le filtre dans une partie amont du cloisonnement interne et ensuite s'écoule longitudinalement à travers un espace annulaire pour s'écouler ensuite radialement dans ou en dehors du catalyseur. Lorsque l'incinérateur comprend une section annulaire d'échange thermique, le courant interne de gaz s'écoule de préférence radialement vers l'extérieur à travers le catalyseur et s'écoule ensuite dans la zone annulaire d'échange thermique. le filtre peut entre un élément de forme cylindrique ou une série d'éléments espacés autour de la paroi d'une cloison de forme cylindrique. l'agent de filtration peut être approprié pour une utilisation à haute température et peut comprendre un tamis en métal résistant à de fortes températures ou une nappe de fibres réfractaires telles que des fibres d'alumine étirées ou filées, des fibres de silice et analogues. De préférence, on peut enlever les éléments de filtration, ce qui permet leur remplacement périodique ou leur nettoyage. Les éléments de catalyseur peuvent être d'une construction entièrement métallique telle que du fil résistant aux hautes tempdra- tures, du ruban plaqué ou autrement revêtu de Pt , Pd ou d'autres métaux actifs pour produire une action de catalyse active d'oxydation. En variante, le catalyseur peut être constitué de comprimés réfractaires revêtus ou d'autres particules subdivisées avec un re v8tement catalyseur. Par exemple, des sphères d'alumine peuvent être imprégnées d'un agent catalyseur oxydant et retenues entre des écrans perforés permettant l'entrée ou la sortie radiale de gaz de l'entrée et du brûleur de l'incinérateur. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un iode de réalisation d'un incinérateur suivant l'invention; - la Pig. 2 en est une vue en coupe transversale partielle suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1. - la Fig. 3 est une vue partielle en coupe longitudinale d'une variante, montrant l'écoulement radial à travers une section de ca- talyseur en aval de la zone de combustion. - la Pig. 4 est une vue partielle en coupe longitudinale à tra vers le catalyseur d'une autre variante d'incinérateur, à entrée radiale. Les Fig. 1 et 2 montrent un carter extérieur 1 pourvu d'une entrée 2 de gaz contaminé, reliée à une section interne 3 de distribution de gaz. le gaz passe à travers une série de tubes espacés 4 et ouverts k leurs extrémités et disposés dans une section d'échange ge thermique 5. Une cloison 6 délimite la section d'entrée 3 et l'u- ne des extrémités do la section d'échange thermique 5. Une autre cloison transversale 7 délimite l'autre extrémité de la section d'échange thermique 5 et une section 8 de gaz préchauffés qui reçoit le gu entrant après l'échange thermique. Un brdleur formé par un élément tronconique 9 et une entrée de carburant 10 fait saillie dans et à travers une partie centrale de la section 8 de gaz préchauffés . On peut utiliser des brûleurs variés, cependant un bréler préféré utilise 100 % d'air secondaire de sorte que tout l'oxygène nécessaire pour la combustion provient de l'air contaminé entrant dans l'incinérateur par l'entrée 2. De préférence, le cône 9 présente une série de trous amenant le gaz à l'intérieur pour le mélanger avec du carburant injecté par la tubu- lure 10. Un passage autour du e8ne 9 permet l'écoulement des fumées restantes dans la sone de combustion 11. Une cloison de forte cylindrique placée k l'intérieur et espa- cée du carter 1 définit la section d'échange thermique 5 et la sec- tion interne ll de combustion. Une telle paroi peut être faite d'une ou plusieurs sections longitudinales de catalyseur 12, et d'une partie d'extrémité cylindrique courte 13, ou bien une section de paroi plus longue non perforée 13 peut être utilisée avec des sections de catalyse de plus courte longueur. les fumées et les gaz de combustion chauds quittant le cane 9 du brûleur s'écoulent radialement à travers le catalyseur 12 dans la section 5 d'échange thermique. les éléments de catalyseur 12 sont supportés par des brides 14 et 15. le catalyseur est constitué de préférence par une série de pièces longitudinales incurvées maintenues par des supports permettant l'enlèvement du catalyseur. les fumées peuvent etre d'abord traitées thermiquement et ensuite converties dans la section de catalyse de l'incinérateur. lorsque l'on fait fonctionner l'unité comme un incinérateur catalytique, le brûleur échauffe les gaz seulement pour assurer que l'in cinération catalytique se produira. Lorsque l'unité fonctionne en tant qu1 incinérateur thermique, le brdleur réchauffe alors les fumées suffisamment pour assurer une incinération thermique i peu près complète. On n'a alors pas besoin du catalyseur 12 et il peut titre enlevé de l'incinérateur. On peut utiliser de nombreux types de supports de catalyseur. On peut utiliser dans la section d'échange thermique 5 de nombreux types de chicanes et de supports de tubes. les chicanes 17 produisent un écoulement turbulent des gaz de combustion chauds autour des tubes 4. La Fig. 3 montre une légère variante de l'incinérateur selon la présente invention. Une cloison interne non perforée plus longue 13' est prévue à l'extrémité, côté brûleur, de la section de combustion interne 11' et la section de catalyse 12' est plus courte. Une cloison transversale 18, disposée dans la section de combustion 11', force les flammes et les gaz de combustions chauds à passer à travers un passage annulaire 19 pour atteindre la section de combustion aval 11 " . Une sortie 16' des gaz traités est contigtle à l'extrémité aval de la section d'échange thermique 5' et une plaque 7' à tubes provoque le renversement de l'écoulement des gaz chauds traités par rapport à l'écoulement de gaz dans la zone de combustion ll'. L'entrée de fumées, sur la fig. 3, peut hêtre comme celle représentée sur la Pig. 1 ou peut se trouver sur le côt du carter 1'. La Pig. 4 montre une autre variante de la présente invention. le carter 20 est muni d'une cloison interne 21 seulement sur une partie de sa longueur . Une cloison transversale centrale 23 , placée entre la paroi interne 21 et le catalyseur 22, détourne le gaz quittant le brtleur vers la section d'échange thermique 24. le gaz sté- coule ensuite radialement à travers le catalyseur 22 vers une zone centrale collectrice de gaz 25 en vue de sa sortie, à travers le passage 26 formé par la paroi cylindrique 27 vers la sortie de gaz 28. la Pig. 4 montre dans la section d'échange thermique 24 une série de tubes 29 qui s'étendent entre une paroi transversale 30 vers l'entrée des fumées et une paroi similaire transversale (non repré sentée) k l'autre extrémité de l'incinérateur. Les tubes 29 font passer l'air contaminé de l'entrée 31 et de la section de distribution de gaz 32 vers l'extrémité brûleur de l'incinérateur. les gaz passent ensuite dans une section centrale de combustion 33 et la section d'échange thermique de forme annulaire 24. Des barres de support espacées 34 supportent la cloison cylindrique 21 et supportent ainsi une extrémité des éléments catalyseurs 22. Des cornières de support 35 sur la paroi transversale 30 supportent l'autre extrémité des éléments de catalyseur 22. Dans ce mode de réalisation, le catalyseur 22 comprend une série de segments espacés qui peuvent être alternés avec des segments non percés 22'. I1 n'est pas nécessaire que le catalyseur comprenne un élément continu de forme cylindrique si le catalyseur est enfermé dans une enveloppe perméable aux gaz entre des plaques de support et assure un écoulement radial uniforme à travers la partie interne de l'inciné- rateur. les dessins sont purement schématiques. On peut apporter des modifications dans la forme générale et la configuration du carter de l'entrée, de la sortie, des cloisons, du support de catalyseur etc.. On peut également prévoir un isolement autour des parties critiques du carter extérieur ou autour des sections d'échange thermique pour retenir efficacement la chaleur dans l'incinérateur. On préfère des brdleurs à 100 ffi d'air secondaire, cependant, d'autres types peuvent titre également utilisés. Dans d'autres modes de réalisation, le brtleur peut ne pas être axial pourvu que les gaz de combustion soient amenés dans le centre de l'incinérateur. - REVENDICATIONS 1 - Incinérateur thermo-catalytique de fumées comprenant en combinaison un carter extérieur allongé, une cloison interne allongée de forme cylindrique située à une certaine distance à l'intérieur de la paroi du carter de façon à délimiter un espace annulaire1 une section interne aval de brGleur et une section amont d'oxydation de fumées, un brûleur placé à l'extrémité du carter pour décharger des gaz de brûleur chauds axialement dans la section de brGleur, une entrée de gaz dans le carter et vers la section de brûleur, un passage allant de l'espace annulaire vers l'un des côtés de la cloison, et une sortie du gaz traité du c8té opposé de cette cloison, caractérisé en ce que la cloison cylindrique est en partie constituée par un catalyseur perméable aux gaz, de sorte que les fumées à brayer et les gaz du brdleur s'écoulent radialement vers une partie amont de l'espace annulaire à l'intérieur du carter et, ensuite, radialement à travers le catalyseur vers la sortie. 2 - Incinérateur suivant la revendication 1, dans lequel un filtre pour le courant de gaz est placé dans au moins une partie de la périphérie amont de la cloison de forme cylindrique pour filtrer le gaz passant du bru^leur au catalyseur. 3 - Incinérateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel une cloison interne transversale s'étend en travers de la secticn de combustion de sorte que le gaz passe radiale.ment à travers le catalyseur. 4 - Incinérateur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la section interne de combustion est ouverte et s'étend coaxialement avec l'intérieur du catalyseur-de sorte que les gaz s'écoulent radialement à travers celui-ci. 5 - Incinérateur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel il est prévu: un cloisonnement interne espacé du carter extérieur et se terminant près d'une extrémité du carter pour ménager une section externe annulaire d'échange thermique, une cloison transversale en travers de l'extrémité aval de la cloison interne pour ménager une section d'entrée de gaz préchauffés en relation avec la section de brûleur et ménageant une fermeture d'extrémité pour la section annulaire d'échange athermique, une cloison supplémentaire transversale espacée de l'autre extrémité du carter pour ménager une section d'entrée de gaz et une seconde fermeture d'extrémité pour la section annulaire d'échange thermique, une série de tubes faisant communiquer la section d'entrée de gaz, à travers la section d'échange thermique, avec la section de gaz préchauffés, et un passage de la section de brûleur vers la section d'échange thermique et la sortie de gaz traités. 6 - Incinérateur suivant la revendication 5, dans lequel la sortie de gaz traités se trouve du même côté du carter que l'entrée de gaz. 7 - Incinérateur suivant la revendication 5, dans lequel la sortie de gaz traités est contiguë 8 la section de gaz préchauffés du carter et à l'extrémité opposée de celul-ci par rapport à l'entrée de gaz dans le carter.