Brevet FR2290633A1 — publié le 19760604

La présente invention concerne un appareil Ou équipement d'incinération ou four incinérateur, destiné à brdler de façon continue des produits liquides, pâteux, et/ou solides, à neutraliser les gaz en coure de combustion, et k dépoussiérer ces gaz en fin de combustion. L'équipeient, objet de l'invention, trouvera tout particulièrement son chaux d'application, en tant que matériel destiné à détruire des déchets indu- triels. Associé ou intégré k une chaudière, il permettra le chauffage industriel à partir des déchets industriels eux-mêmes Il existe une gamme très vaste d'incinérateurs à déchets. Bais ces appareils, lorsqu'il s'agit de capacités modestes, sont conçus comme un foyer très classique, auquel on adjoint progressivement une enceinte secondaire dite de post-combustion. En effet les déchets indus- triels présentent souvent de forts PCI et la combustion "se poursuite dans cette post-combustion. Par ailleurs, rares sont les incinérateurs équipés pour neutraliser les éléments agressifs des déchets, tels que le chlore, fluor, etc... Aussi, voit-on nombre d'entre eux travailler à une température très inférieure à 900 C, à l'aide de brtleurs d'appoint, tant pour la combustion que pour la post-combustion. la neutralisation des éléments agressifs se fait alors dans un trois équipement, constitué le plus souvent par une tour de lavage, avec les problèmes de corrosion que cela pose. Enfin pour la récupération des calories, le choix est trgs délicat puisqu'avant neutralisation par lavage, les gaz sont chauds nais corrosifs, et qu'après neutralisation, les gaz sont neutres lais froids. L'équipement, objet de l'invention, part d'une conception de fonctionneent très différente, faisant appel aux principes suivants - - - en combustion primaire, les produits sont brûlés k forte concentration gazeuse, c'est-à-dire en manque d'air comburant, - - - en combustion secondaire, les gaz et particules présentent encore un fort pouvoir calorifique, ce qui permet d'effectuer cette combustion gaseuse à haute température, donc avec de bons résultats, - - - cette combustion secondaire, en phase gazeuse, est la plus iaportante vis-à-vis de la qualité des gaz. Elle est menée à bien en deux temps.Les gaz subissent d'abord un conditionnement, portant simultanément sur plusieurs paramètres, à savoir que - les gaz sont maintenue ou portés k une teipérature maximale, de tordre de 1000 à 1200 OC, pour accroitre les vitesses réactionnelles, - les gaz sont portés à grande vitesse (supérieure à 50 mitres/ seconde) pour avoir une turbulence naxinale, ce qui augnente la probabilité de rencontre des particules, - les gaz sont enrichis en air secondaire, selon leur besoin, - les gaz sont au besoin enrichis en combustible d'appoint, s'ils sont issus de produits calorifiquement pauvres, - les gaz sont additionnés de neutralisants, en voie seche, - l'ensemble de ces conditionnements est réalisé simultanément, - - - cette combustion secondaire se poursuit alors dans une deuxème phase de détente. Cette phase de détente, correspondant à la fin de réaction de combustion et de neutralisation, permet également un dépoussiérage par dépôt, avec effet simultané de cyclonage. Les gaz sont alors aptes à l'échange thermique sans risque de corrosion pour la chaudière de récupération. Afin d'appliquer rigoureusement ces para mètres dans la réalité, l'équipement, objet de l'inrention, est réalisé selon les dispositions suivantes et correspond à un ensemble monobloc de trois cel lules - - - une cellule primaire, destinée au moins k brdler des liquides, dont les flammes sont orientées tangentiellement de façon à créer un mouvement tourbillonnaire d l'intérieur de cette cellule. Cette cellule est au mieux réalisée en matériau réfractaire. Elle est équipée à la demande, d'un système, mécanisé ou non, d'introduction des solides et d'un système, mécanisé ou non, d'évacuation des cendres et mâchefers, ainsi que d'un système d'insuflation d'air sous ou au sein des déchets solides. - - - une chambre de conditionnement destinée à opérer l'ensemble des mises en conditions des gaz, telles que décrites ci-dessus. Le fait fondamental est que cette chambre est obligatoirement située au sein des cellules primaire et secondaire, pour accroitre sa température de travail, sans apport externe d'énergie. Cette chambre est alimentée, côté arrivée des gaz, par de l'air à très haute vitesse, en provenance d'un ventilateur haute pression, ou d'un compresseur ou par de la vapeur à grande vitesse. Cette chambre est alimentée, côté arrivée des gaz, par de l'air à très haute vitesse, en provenance d'un ventilateur haute pression, ou d'un compres seur ou par de la vapeur à grande vitesse. Cette chambre a au mieux la forme d'une tuyère dont la section est calculés pour avoir une vitesse totale supérieure k 50 mètres/seconde. Cette chambre est alimentée, côté arrivée des gaz, le cas échéant, par un combustible d'appoint et/ou par des produits neutralisants, à l'aide d'injec- teurs ou de pompes. Cette chambre est impérativement réalisée en matériau réfractaire non oxydable en température. - - - une cellule de combustion secondaire - également réalisée au mieux en matériau réfractaire - où s'effectue la fin de combustion gazeuse sous détente, ainsi que le dépôt des cendres entrainées depuis la cellule primaire et des cendres produites par les neutralisations. Au regard de l'arrivée de la chambre de conditionnement, cette cellule secondaire peut être équipée d'un bouclier thermique ou d'un système de refroidissement tel qu'un échangeur destiné k sécher des produits à forttaux d'humidité, tels que des boues par exemple. Pour la récupération de calories, la partie aval de la cellule secondaire peut être équipée d'un faisceau échangeur destiné k produire de la vapeur ou de l'eau surchauffée. Cette récupération peut également être effectuée dans une chaudière classique située directement en aval du four incinérateur, objet de l'invention, après mise en température adéquoite des gas, par exemple par dilution k l'air frais.. Dans ce dernier cas, l'équipement, objet de l'invention, devient une annexe d'appoint dune chaudière nornale fonctionnant par exemple au fuel. - - - un ensemble d'extraction et d'évacuation des gaz de combustion constitué par des éléments classiques que sont par exemple, un cyclone de dépous- sièrage final, un extracteur normal où par induction gazeuse et une cheminée d'évacuation. Le fonctionnement d'un tel équipement correspond k la description ci-dessous, qu'il convient de suivre sur les planches PL.I-3 et PL.II-3. Les liquides à traiter sont introduits k l'aide des injecteurs 2 (dont l'un ou plusieurs d'entre eux peuvent être des injecteurs ou brtleurs k fuel ou gas pour le démarrage) tangentiellement dans la cellule primaire 1 pour créer un mouvement tourbillonnaire 4. L'air comburant nécessaire à la combus- tion des liquides est fourni par un ventilateur ou compresseur 3. Les soli@es à traiter sont introduits par le système 5. L'air comburant nécessaire est introduit sous les solides par le système de buses, trous, etc.. 9, à l'aide d'un ventilateur 30. Les cendres qui se déposent sur la sole 6 en 8 sont évacuées manuelle- ment ou mécaniquement en 10. Les gaz ainsi formés pénètrent alors en 11 dans la cellule secondaire 12. Ils subissent alors les conditionnements nécessaires - montée en température grdce à l'apport thermique 18 - injection (éventuelle) de neutralisant 15 - injection (éventuelle) de combustible 16 - apport d'air comburant et d'accélération, sous la forme d'un flux 13 à haute vitesse, produit par un ventilateur ou compresseur, ou générateur de vapeur 14. Les gaz ainsi conditionnés arrivent dans la cellule tertiaire 20 dans la zone de détente 19. Ils sont alors soumis à un mouvement tourbillonnaire 21 par l'action du bouclier accélérateur 22, lui-meme approvisionné en air par le ventilateur 24. Les gaz sont alors extraits tangentiellement en 25 vers un équipement de traitement ou dépoussiérage 26 avant d'azure repris par llextracteur 27 vers la cheminée 28. L'ensemble des trois cellules est matérialisé par les parois extérieures 7, la volte 29, la volte de séparation 23 et la sole 6. La réalisation d'un tel équipement peut correspondre au positionnement vertical, tel que décrit ci-dessus. Il peut également correspondre notamment à un positionnement horizontal, tel que décrit à la planche PL.III-3. On retrouve alors les mêmes dispositions concernant les différents éléments que sont les cellules primaire et secondaire, avec la chambre de conditionnement. Cette disposition est plus favorable loraqu'il s'agit d'incinérer des produits à dominance solide, car le fond de cellule primaire peut plus aisément Qtre équipé d'une grille 31 et d'un système de décendrage. Par ailleurs, la cellule secondaire peut être plus allongée pour y loger une chaudière de récupération 32. Par contre, cette disposition suppose une moindre utilisation des volumes, car il devient difficile d'y créer des mouvements tourbillonnaires. Le domaine d'application de l'équipement, objet de l'invention, est très vaste, quoiqu'orienté sur la destruction thermique de déchets industriels, avec si possible récupération des calories. L'application première, dans sa forme la plus simple, est l'incinération de liquides riches en calories et/ou en éléments toxiques et agressifs. L'extension à un faible taux de solides est envisageable en positionnement vertical. L'extension à un fort taux de soliaes est préférable dans Sa conception horizontale. Une application secondaire intéressante réside dans la récupération de métaux à partir de mélange avec des plastiques ou autres déchets riches. Il convient en effet dans ce cas d'opérer la combustion des impuretés à basse température pour éviter la fusion ou l'oxydation des métaux en question. Dans ce cas la combustion est incoiplbte, avec forte émission de fusées. Ce sont précisément les conditions souhaitées pour le fonctionnement de la cellule de combustion primaire L'extension b la réoupération calorifique peut être menée 8 bien en partie aval de la cellule de combustion secondaire. Elle peut également être envisagée par adjonction d'une chaudière classique. An tel équipement peut au contraire être considéré comme une annexe d'une chaudière existante, et comme appoint énergétique, à partir des déchets. REVEKDICATIONS 1. Equipement d'incinération ou four incinérateur, caractérisé en ce que, dans une seule enceinte générale monobloc, il permet de réaliser la combustion primaire, le conditionnement gazeux, la conbustion gazeuse secondaire et la neutralisation des gaz dans des zones de travail distinctes et séparées. 2. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de conditionnement des gaz issus de la cellule primaire est entièrement placée au sein des cellules de combustion primaire et secondaire. 3. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce que les gaz en sortie de cellule de combustion primaire sont volontairement riches en imbrdlés. 4. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce que dans la chambre de conditionnement, les gaz atteignent une vitesse supérieure à 50 n8tres/seconde, favorisant ainsi les vitesses de réaction. 5, Equipement selon revendication 1, caractériae~en ce que les gaz sont enrichis en air secondaire, cet air servant également d'accélérateur. 6. Equipement selon revendication 1, caractVrisé en ce que les gaz sont additionnés de produits neutralisants sous haute vitesse et haute température. 7. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce que les gaz subissent ltensemble de ces conditionnements en meme temps. 8. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce que les gaz subissent une compression suivie d'une détente au passage en cellule de combustion secondaire, ces phénomènes accroissant encore les rendements réactionnels. 9. Equipement selon revendication 1, caractérisé en ce qu'un tel équipement constitue un avant-foyer de chaudière destiné h récupérer les calories h partir de déchets, en appoint du brûleur existant sur la chaudière.