Brevet FR2389767A1 — publié le 19781201

La présente invention est relative à un dispositif d'utilisation de l'énergie contenue dans des déchets industriels, agricoles ou ménagers. Il est connu d'utiliser la combustion de tels déchets pour produire de la vapeur et de l'énergie électrique dans de grandes centrales thermiques. Cette utilisation implique une quantité très importante de déchets comme on les rencontre dans les grands centres urbains ou les grandes zones industrielles. Par contre l'invention se propose d'utiliser les déchets produits par des moyennes et petites industries et dont l'énergie n'est actuellement pas récupérée. A cet égard on peut citer des scieries de taille moyenne qui produisent sous forme de sciures et de copaux de l'ordre de 8 à 15 tonnes de déchets par jour. Ces déchets sont actuellement brûlés sur place alors qu'ils représentent un potentiel énergétique appréciable. Il ntest pas économique d'utiliser ces déchets dans une installation de turbine à vapeur car on ne dispose généralement pas des moyens de refroidissement nécessaire au condenseur d'une telle installation, et par ailleurs, la faible puissance de l'installation de l'ordre de 250 à 300 kW ne convient pas à des turbines à vapeur à condensation: mauvais rendement, côut très élevé. On a donc pensé à utiliser un cycle de turbine à gaz utilisant l'air atmosphérique comprimé et réchauffé dans une chaudière. La réalisation d'une telle installation nécessite la résolution de la difficulté suivante: Une turbine à gaz de structure classique ne véhiculant que de l'air comme fluide thermodynamique nécessite d'avoir une température d'entrée dans la turbine élevée, c'està-dire de l'ordre de 850 0C ou plus. L'obtention d'une telle température ne présente pas de difficultés lorsqu'il s'agit d'une machine à combustion interne c'est-à-dire lorsque l'échauffement est réalisé dans une chambre de combustion par introduction directe des calories du combustible dans le fluide thermodynamique. Il en va différemment dans le cas où l'échauffement se fait de façon indirecte, dest-à- dire lorsque les calories doivent traverser des parois métalliques, celles des tubes d'une chaudière par exemple.Dans ce cas, il est nécessaire, pour transmettre la chaleur, que la paroi du tube soit plus chaude que celle du fluide à réchauffer de 150 0C par exemple. Cela conduit à une température du métal des tubes de 10000C, ce qui pose de très graves problèmes de tenue des tubes dans le temps. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et a pour objet un dispositif d'utilisation de l'énergie calorifique contenue dans des déchets industriels, agricoles ou ménagers comportant une turbine à gaz alimentée par de l'air atmosphérique préalablement comprimé au moyen d'un compresseur et réchauffé dans une chaudière assurant la combustion desdits déchets, caractérisé en ce que de l'eau, préalablement vaporisée dans ladite chaudière, est injectée dans l'air sortant du compresseur avant son réchauffage dans la chaudière. De la sorte, la température de la turbine peut être ramenée de 8500C à 7000C sans modifier notablement les performances thermodynamiques de la machine et en particulier sa puissance spécifique. La température des tubes se trouve alors elle aussi diminuée de 150 0C c'est-à- dire réduite à 850 0C au lieu de 1000"C ce qui améliore considérablement la durée de vie des tubes. Selon une réalisation de l'invention, les gaz d'échappement de la turbine sont en partie renvoyés à la chaudière. On va maintenant donner un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en se référant au dessin annexé comportant une figure unique. I1 s'agit par exemple d'une installation utilisant les déchets de bois d'une scierie comme combustible ; cette installation comprend un compresseur 1 comprimant de l'air atmosphérique, à 150C par exemple ; à la sortie du compresseur, l'air comprimé à une pression de 5,6 bars par exemple, est véhiculé dans une tuyauterie 2 vers une chaudière 3 où il passe dans des canalisations 4 chauffées par les gaz de combustion se dégageant du foyer 5 contenant les déchets de bois. A la sortie de la chaudière 3, l'air est envoyé par une canalisation 6 vers une turbine 7 où il se détend. La turbine 7 entraxe par exemple un alternateur 8.La turbine 7 est également accouplée mécaniquement au compresseur 1 qu'elle entrain. Une partie des gaz d'échappement de la turbine, par exemple à 410"C, sont renvoyés par une canalisation 9 à la chaudière, sur le foyer 5. L'air d'échappement excédentaire sortant par une conduite 12 est disponible pour des besoins de chauffage ou de séchage du bois. Selon l'invention, l'installation comprend en outre une vanne d'arrivée d'eau 10, réglable, permettant de faire circuler de l'eau dans une tuyauterie Il située dans la chaudière, cette eau se vaporise, par exemple à une température de 157"C, sous une pression de 5,6 bars et est injectée dans la tuyauterie 2 en amont de la chaudière. Cela permet de limiter la température des canalisations 4 à l'intérieur de la chaudière, à une température extrême de 850 C. Le débit d'eau peut par exemple être de l'ordre de 0,3 kgjseconde. La tuyauterie 6 alimente donc la turbine 7 avec de l'air comportant une certaine quantité de vapeur d'eau : par exemple entre 10 et 15 %. La présence d'eau, dans le fluide de travail, permet d'obtenir un rendement de l'installation et surtout une puissance spécifique voisins de ceux qu'elle aurait-si le fluide de travail était de l'air seul à température plus élevée. la corrosion et le fluage sont limités ce quoi assure une durée de vie normale des tuyauteries. Dans une installation brûlant douze tonnes de déchets de bois sec par jour, ou encore 15 tonnes de déchets de bois humide, l'énergie récupérée est environ 6000 kWh par jour qui peuvent être utilisés soit sous forme électrique, soit sous forme mécanique. Une des possibilités offertes pour récupérer les calories de l'air d'échappement excédentaire sortant par la conduite 12 consiste à lui faire sécher des déchets de bois humide avant leur introduction dans la chaudière ce qui permet de remonter le pouvoir calorifique de ces déchets de 2600 k cal/kg à environ 3400 k cal/kg. Bien entendu, les valeurs numériques données dans le texte n'ont été données qu > à titre indicatif. REVENDICATIONS 1/ Dispositif d'utilisation de l'énergie calorifique contenue dans des déchets industriels, agricoles ou ménagers comportant une turbine à gaz, alimentée par de l'air atmosphérique préalablement comprimé au moyen d'un compresseur et rechauffé dans une chaudière assurant la combustion desdits déchets, caractérisé en ce que de l'eau, préalablement vaporisée dans ladite chaudière, est injectée dans l'air sortant du compresseur avant son réchauffage dans la chaudière. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz d'échappement de la turbine sont en partie renvoyés à la chaudière. 3/ Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la partie de l'air d'échappement de la turbine non renvoyée à la chaudière est utilisée pour augmenter le pouvoir calorifique des déchets par séchage de ces déchets.