Brevet FR2381968A1 — publié le 19780922

L'invention concerne de façon générale des incinérateurs et plus particulièrement un incinérateur dans lequel des déchets combustibles sont transportés de façon continue et commandée par un transporteur rotatif ou tournant a' vis qui les amène a' une chambre de combustion et leur fait traverser celle-ci. L'utilisation d'une vis pour transporter des déchets combustibles a' travers le cycle de combustion, permet de commander très précisément le mouvement des déchets à travers la chambre de combustion, en comparaison des incinérateurs à four rotatif employés actuellement. Toutefois, si le filet de la vis fait corps avec l'arbre sans espacement entre eux, le passage d'air a' travers les déchets est restreint et il est nécessaire d'introduire de l'air dans la chambre de combustion a' travers l'arbre et/ou le filet de la vis. Il est nécessaire aussi de prévoir des moyens de refroidissement du filet aussi bien que de l'arbre de la vis.Par suite, ce type de vis est coûteux a' fabriquer étant donné qu'il nécessite beaucoup de soudage et, de même, les réparations ou le remplacement de pièces sont également coûteux. La structure de vis utilisée dans l'invention évite ces inconvénients en ménageant un espacement annulaire entre l'arbre et le filet de la vis. Ainsi, l'air peut circuler libremelst dans la chambre de combustion, a' l'exception de la place occupée par 1' arbre de lavis et l'air peut être introduit uniquement a travers les-parois de la chambre de combustion au lieu d'être introduit par l'arbre et le filet de la vis. En consèquence, comme il sera expliqué plus en détail ciaprès, l'invention a pour objet un incinérateur destiné a'- brûler des déchets combustibles, remarquable en ce qu'il comprend une chambre de combustion cylindrique fixe disposée horizontalement, présentant une extrémité d'entrée pour recevoir des déchets et une extrémité de sortie pour évacuer des gaz d'échappement et des résidus; des moyens d'allumage aménagés au voisinage de l'extré- mité d'entrée pour allumer les déchets; un transporteur a' vis parcourant la longueur de la chambre de manière a' déplacer les déchets a' travers celle-ci; des moyens d'amenée d'air comburant sous pression, une conduite fixe de distribution d'air chaud parcourant pratiquement la longueur de la chambre, en relation d'échange thermique avec celle-ci, et munie de moyens de distribution permettant d'admettre- des volumes d'air sensiblement égaux le long de la chambre; et des moyens permettant d'amener l'air sous pression, depuis les moyens d'amenée d'air jusqu'à la conduite de distribution, au voisinage de l'extrémité de sortie de la chambre, de sorte que l'air est préchauffé sélectivement pendant qu'il s'écoule longitudinalement a- travers la conduite de distribution, à contre-courant des déchets traversant ia chambre, l'air le plus chaud étant admis a' l'extrémité d'entrée de la chambre de manière a' chauffer rapidement les déchets entrants tandis que de l'air plus froid et plus dense contenant davantage d'oxygène est admis a l'extrémité de sortie de la chambre de manière a'- effectuer la combustion totale et à. empê- cher l'émission de fumée. L'incinérateur destiné à brûler des déchets combustibles décrit ici comporte une chambre de combustion cylindrique fixe disposée horizontalement. Des déchets sont introduits dans une partie d'entrée de l'incinérateur, par une trémie d'alimentation et transportés è travers le four par une vis tournante qui transporte aussi le résidu et le fait sortir par l'autre extrémité de la chambre de combustion où il tombe dans un réceptacle a cendre rempli d'eau.Le résidu refroidi est alors retiré de ce réceptacle à. cendre par un mécanisme à vis pour être évacué, De l'air comburant est amené par un ventilateur d'entrée d' air frais en passant par une conduite de distribution d'air chaud qui parcourt pratiquement la longueur de la chambre de combustion et constitue une partie intérieure supérieure de la paroi de la chambre de combustion. La paroi inférieure de cette conduite de distribution d'air chaud n'est pas isolée, de manière à assurer un bon transfert de chaleur entre la chambre de combustion et l'air qui s'écoule dans la conduite.L'air est introduit dans la partie inférieure de la chambre de combustion a' travers des tuyaux à air chaud régulièrement espacés le long des deux côtés de la conduite de distribution et faisant le tour de la chambre de combustion pour aboutir a des orifices espacés de façon aléatoire, ménagés dans la partie inférieure de la chambre de combustion, chaque tuyau à air chaud étant branché entre la conduite de distribution et un orifice d'entrée d'air. De l'air comburant est également introduit dans le haut de la chambre de combustion à travers.des orifices uniformément espacés le long des deux côtés verticaux de la conduite de distribution d'air chaud qui s'avancent vers le bas dans la chambre de combus ti on. Cet air est introduit tangentiellement a' la paroi intérieure de la chambre de combustion et dirigé vers le bas par la courbure de la paroi, ce qui assure un bon brassage de l'air et des déchets. Ce courant d'air évite aussi que des déchets ne collent .aux côtés intérieurs du haut de la chambre de combustion. De l'air amené par le ventilateur d'entrée d'air frais entre dans la conduite demdistribution d'air chaud près de l'extrémi- té d'échappement de la chambre de combustion et il est chauffé r mesure qu'il s'écoule à contre-courant des déchets introduits à l'extrémité d'entrée de la chambre de cvmbustion. Ainsi bien que des volumes d'air sensiblement égaux soient amenés le long de la chambre de combustion, l'air le plus chaud est amené à l'ex trémité d'entrée et l'air le plus froid et le plus dense est amené près de l'extrémité de sortie de la chambre de combustion. L'air chaud amené a' à l'extrémité d'entrée-chauffe rapidement les déchets entrants tandis que l'air plus froid et plus dense amené à l'extrémité de sortie fournit davantage d'oxygène pour effectuer la combustion totale et empêche l'émission de fumée. Le filet hélicoïdal de la vis est disposé concentriquement autour d'un arbre porteur creux refroidi par eau qui parcourt la chambre de combustion et il est espacé de l'arbre par des supports aménagés le long de ce dernier. Cet espace libre entre le filet et l'arbre de la vis permet à l'air de circuler plus librement aussi bien-radialemexit que longitudinalement. Le pas du filet de la vis varie d'un maximum a' l'extrémité d'entrée à un minimum a' l'extrémité de sortie de la chambre de combustion, de manière'à compenser la diminution de volume de la matière solide en particules, le long de la chambre de combustion, à mesure que les déchets brûlent. L'arbre creux de la vis est refroidi en faisant passer de l'eau au travers, avec une disposition a' une seule passe ou à deux passes. Dans la disposition à deux passes, l'arbre creux de la vis contient un tuyau concentrique ou un tube de plus petit diamètre qui parcourt la longueur de la chambre de combustion. De l'eau froide entre par le tuyau plus petit, parcourt la chambre de combustion, puis reflue vers l'extrémité même où elle est entrée dans l'espacement annulaire entre les deux tuyaux. L'eau chaude qui quitte l'arbre de la vis est alors amenée à traverser un échangeur thermique disposé dans un passage a' gaz d' échappement partant de la chambre de combustion et dans lequel cette eau est encore-chauffée et les gaz d'échappement sont refroidis. Ou encore lorsqu'une amenée de vapeur d'eau est désirable, il est possible d'utiliser une disposition a' une seule passe d'eau de refroidissement a travers l'arbre de la vis. Dans ce cas l'eau froide passe tout d'abord a' travers l'échangeur thermique susdit placé Jans le passage à gaz d'échappement, puis elle est introduite dans une extrémité de l'arbre creux de la vis. De la vapeur d'eau saturée est alors aspirée par l'autre extrémité de l'arbre de la vis et conduite a' travers un serpentin surchauffeur aménagé dans le passage a'- gaz d'échappement, entre le premier échangeur thermique mentionné et la chambre de combustion1 pour surchauffer la vapeur. Les gaz d'échappement quittant ledit surchauffeur sont envoyés a' travers un collecteur centrifuge de poussières avant de s'échapper dans l'atmosphère. Une partie de l'air d'échappement qui quitte le collecteur de poussière est détournée par un ventilateur vers un rideau d'air situé dans la trémie d'alimentation en déchets, créant dans celle-ci une pression suffisamment élevée pour empêcher l'air comburant ou les gaz de combustion de sortir par le c8té d'entrée de la chambre de combustion. En même temps, ce gaz d'échappement chaud préchauffe les déchets qui entrent dans 1' incinérateur. Des entrainements a' vitesse variable tels que des moteurs hydrauliques ou des moteurs électriques à courant continu servent a' entrainer la vis, le ventilateur d'entrée d'air frais et le ventilateur à air diéchappement. En service, la vitesse du moteur d'entrainement de la vis peut être réglée sous la dépendance d'un capteur de température situé près de l'extrémité d' échappement de la chambre de combustion, de manière à assurer une combustion complète des déchets De même, on peut faire varier le débit du ventilateur d'entrée d'air frais en commandant la vitesse de son moteur d'entrainement en fonction d'un capteur de température situé près de l'extrémité d'entrée de la chambre de combustion de manière a assurer que l'air entrant dans la chambre de combustion en ce point soit convenablement préchauffé dans la conduite de distribution d'air chaud. Etant donné que le ventilateur a' air d'échappement agit en s'opposant a'- la pression ellgendrée par le ventilateur d'entrée d'air frais, il est possible de régler sa vitesse de la même façon que celle du ventilateur d'entrée d'air frais.Ou encore le débit du ventilateur à air d'échappement peut être commandé en fonction d'un capteur directionnel de pression d'air disposé dans la trémie d'entrée entre le rideau d'air et la section d'entrée de la chambre de combustion, de manière à accroitre le débit du ventilateur a air d'échappement chaque fois qu'un écoulement d'air inverse est détecté travers la trémie d'entrée. Pour le démarrage de cet incinérateur, tous les brûleurs d'allumage sont disposés dans les parois de la chambre de combustion près de l'entrée, pour amorcer la combustion des déchets. Egalement pendant le démarrage, une plaque mobile disposée verticalement entre la chambre de combustion et le passage a' gaz d'échappement peut être abaissée de manière à obstruer partiellement la sortie de gaz d'échappement de la chambre de combustion et à retenir ainsi de la chaleur dans la chambre de combustion pour écourter le temps de démarrage. L'invention sera mieux comprise a' la lecture de la descrip tionqui va suivre et qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une élévation latérale d'un incinérateur, des parties de la chambre de combustion et du passage d'échappement étant arrachées pour montrer d'autres parties en détail, la figure 2 une vue axiale en coupe de l'extrémité d'entrée de l'incinérateur suivant 2 -2 de la figure 1, la figure 3 une coupe de l'extrémité d'échappement de l'inca nérateur suivant 3 -i de la figure 1, la figure 4 une coupe de la chambre de combustion suivant 4-4 de la figure 1, la figure 5 un diagramme d'écoulement d'eau d'une disposition de refroidissement à deux passes de l'arbre tubulaire de la vis et la figure 6 un diagramme d'écoulement d'eau d'une disposition de refroidissement à une seule passe de l'arbre tubulaire de la vis1 utilisée pour la production de vapeur d'eau. Les figures i a' 3 montrent une chambre de combustion cylindrique fixe 10, disposée horizontalement, présentant dans une section d'entrée 14 une ouverture 12 par laquelle des déchets combustibles sont amenés d'une trémie d'alimentation 16. La section de sortie 18 présente un passage ascendant 20 destiné aux gaz d'échappement et une section descendante définissant un réceptacle à cendre 22, rempli d'eau jusqu2 un niveau prédéterminé 24. Le long de la chambre de combustion s'étend une vis tournante 26 munie d'un axe ou arbre tubulaire 28 supporté à l'extrémité d' entrée 14 par un palier 30 monté sur une parc antérieure 32 et à l'extrémité de sortie 18 par un autre palier 34 monté sur une paroi postérieure 36 et entrainé par un moteur hydraulique 38. Le filet hélicoïdal 4Gte la as 26 s'étend de la paroi antérieure 32 au réceptacle à cendre 22 de sorte que lorsoue la vis 26 est mise en rotation, le filet 40 transporte à travers la chambre de combustion 10 les déchets combustibles arrivant de la trémie d'alimentation 16 et amène le résidu solide au réceptacle a cendre 22.Comme on peut le voir sur la figure 1, le pas du filet 40 de la vis est maximal à l'entrée 14 et diminue graduellement vers la sortie 18 de manière a compenser la diminution de volume que subissent les déchets pendant la combustion. L'arbre tubulaire 28 est excentré relativement a. l'axe de la chambre de combustion 10 de telle sorte qu'il existe un espacement minimal, entre le bord extérieur 42 du filet 40 et la paroi inférieure de la chambre, de manière a' déplacer pratiquement tous les déchets à travers la chambre 10. Comme le montre la figure 1, le filet 40 de la vis est formé de segments assemblés et espacés concentriquement de l'arbre tubulaire 28 au moyen d'une pluralite de supports 44 de sorte qu' il existe un espacement annulaire ouvert 46 entre le bord intérieur 48 du filet 40 et l'arbre 28 de la vis. cet espacement 46 permet à l'air de monter librement à travers la chambre de combustion 10 ainsi que circuler le long de l'arbre 28 de la vis, jusqu'à la sortie 18. Il est possible d'utiliser des matériaux différents ayant des caractéristiques différentes de résistance à la chaleur pour former ces segments du filet 40 de la vis. Par exemple, dans la partie d'entrée où il y a peu de chaleur, on pourrait utiliser de l'acier au carbone tandis que l'on pourrait utiliser de l'acier inoxydable ou un alliage réfractaire dans le reste de la chambre de combustion 10. L'arbre tubulaire 28 de la vis est refroidi par eau et on expliquera maintenant les avantages de ce mode de réalisation. La figure 1 montre un tuyau d'eau entrant 5O monte concentrique ment à l'intérieur de. l'arbre tubulaire 28 d de vi R-i3 et relié à une source d'eau de refroidissement 52. De l'eau s'écoule travers ce tuyau a'. eau 50 le long de la chambre de combustion 10, puis change de sens à cause d'un déflecteur 54 et reflue pour sortir par la même extrémité de l'arbre 28 par un tuyau de sortie d'eau 56. Ce tuyau de sortie d'eau 56 est relié à une entrée 58 d'un échangeur thermique 60 disposé dans le passage a' gaz d'échappement 20, comme le montre le diagramme de la figure 5.Après avoir été chauffée davantage dans cet échangeur thermique 60, l'eau chauds est évacuée pour être utilisée ou stockée ailleurs, par un tuyau a' eau chaude 62. La figure 6 montre un autre mode de réalisation de refroidissement a' eau qui peut être utilisé lorsqu'on désire une source de vapeur d'eau. Dans ce mode de réalisation, de l'eau froid. entre d'abord dans l'échangeur thermique 60 par l'entrée 58 et sort de l'échangeur 60 par le tuyau de sortie 62 relié a' l'ex trémité de l'arbre tubulaire 28 de la vis, à l'extrémité de l'incinérateur. Dans cette disposition, il n'y a pas comme précédem ment un tuyau 50 et un déflecteur ou cloison d'arrêt 54. L'eau chaude qui entre dans l'arbre tubulaire 28 de la vis crée de la vapeur qui est entrainée vers une sortie de vapeur 64 prévue à. l'extrémité d'échappement de l'arbre 28 et reliée a' une entrée 66 d'un serpentin surchauffeur de vapeur 68 disposé dans le passage a' gaz d'échappement 20 entre l'extrémité d'échappement de la chambre de combustion 10 et l'échangeur thermique 60. La vapeur sèche est évacuée du serpentin surchauffeur 68 par une sortie 70 pour être utilisée ailleurs. De l'air comburant est amené à la chambre de combustion 10 par un ventilateur d;'entrée d'air frais 72 entrainé par un moteur hydraulique 74, en passant par une conduite de distribution d' air chaud 76 disposée à l'intérieur de la chambre de combustion 10 et longitudinalement au sommet de celle-ci. Cette conduite de distribution d'air chaud est formée de métal réfractaire et constitue un passage ayant une section en segment annulaire épousant la paroi intérieure 78 de la chambre de combustion 10, avec une extrémité ouverte à l'extrémité d'échappement de la chambre de combustion 10 pour recevoir de l'air du ventilateur d'entrée d' air frais 72 et une extrémité fermée à l'extrémité d'entrée de la chambre de combustion 10.Le bas de la conduite de distribution d'air chaud 76 n'est pas isolé de la chambre de combustion 10 de sorte que l'air entrant dans la conduite 76 peut être préchauffé avant d'entrer dans la chambre 10. Un premier groupe de tuyaux à air chaud 80 partent de la conduite de distribution 76 des deux côtés,régulièrement répartis, traversent 1a paroi intérieure réfractaire 78, , font le tour de la chambre de com- bustion et aboutissent a' des orifices 82 distribués de manière aléatoire dans la partie inférieure de la chambre de combustion 10 et qui dirigent l'air radialement vers llintérieur et vers le haut a travers la chambre de combustion.Un deuxième groupe de tuyaux courts à air chaud 84 part de la conduite 76 des deux côtés,régulièrement répartis, de manière a- diriger de l'air tangentiellement le long du haut de la chambre de combustion 10. Pour en revenir a la figure l, on notera qu'elle montre une partie courbée 86 du passage a gaz d'échappement 20, dans laquelle plusieurs déflecteurs 88 faisant saillie vers l'interieur sont disposés sur l'intérieur de la paroi courbe extérieure de manière a constituer des pièces préliminaires collectrices de poussières qui retiennent une partie de la matière solide en particules du gaz d'échappement et la laissent tomber dans le réceptacle a cendre. La matière solide en particules qui tombe dans le réceptacle a cendre 22 est refroidie par l'eau qui s'y trouve, puis retirée par une vis tournante 90 qui se dirige vers le bas dans le réceptacle a cendre 22 et qui est entrainé par un moteur 92 comme le montre la figure 3. Ce réceptacle a cendre 22 présente une paroi terminale inclinée et un fond incliné semi-circulaire 94 concentrique a' la vis d'évacuation de cendre 90 et situé a proximité immédiate de celle-ci de sorte que pratiquement toute la matière solide en;particules qui entre dans le réceptacle à cendre est dirigé vers'la vis d'évacuation de cendre 90. De la matière solide en particules est aussi retirée des gaz d'échappement dans un dispositif 96 de précipitation de poussière disposé près de l'extrémité de sortie du passage a gaz d'échappement 20. Comme le montre aussi la figure 2, un ventilateur a gaz d'échappement 98 entrainé par un moteur hydraulique 100 dirige une partie du gaz d'échappement qui quitte le dispositif 96 vers une pluralité d'entrées 102 prévues dans la trémie d'alimentation 16 en formant un rideau d'air 104 de sorte que la pression d'air du rideau 104 est sensiblement égale a la pression de l'air comburant dans la chambre de combustion i0. Cette disposition empêche les gaz d'échappement et la fumée de s'écouler de la chambre de combustion 10 vers l'arrière. D'autre part, ce gaz d'échappement préchauffe les déchets combustibles qui entrent. Un capteur directionnel de pression d'air 106 (figure i) disposé à l'intérieur de la trémie d'alimentation 12 détecte un écoulement rétrograde d'air comburant et augmente la vitesse du moteur hydraulique 100 du ventilateur à gaz d'échappement 98 grâce à une commande prévue sur le tableau de commande 108. Un capteur de température 11 disposé sur la paroi intérieure 78 de la chambre de combustion 10, au voisinage de l'entrée de cette dernière, est relié a' une commande du tableau 108 de manière a' régler la vitesse du moteur hydraulique 74 qui entraine le ventilateur d'entrée d'air frais 72, proportionnellement à la température captée par ledit capteur 110 de manière à assurer un préchauffage suffisant de l'air qui entre par l'extrémité d'entrée de la chambre de combustion 10. De façon similaire, un capteur de température 112 disposé sur la paroi intérieure 78 de la chambre de combustion 10 au voisinage de l'extrémité d'échappement est relié à une commande du tableau 108 de manière à régler la vitesse du moteur hydraulique 38 de la vis 26 en fonction de la température de l'extrémité d'échappement de la chambre de combustion, pour assurer une combustion complète et diminuer l'émission de fumée. Comme on le voit surtout sur la figure 2, deux brûleurs à huile 114 sont disposés dans la paroi intérieure 78 de la chambre de combustion 10 près de la section d'entrée 14 pour amorcer la combustion des déchets lors du démarrage initial de l'incinérateur. D'autre part, une plaque mobile 116, disposée verticalement d'un côté du passage à gaz d'échappement 20 a' l'extrémité d'échappement de la chambre de combustion 10, peut être abaissée pendant le temps de démarrage de manière à empecher partiellement les gaz d'échappement de sortir de la chambre de combustion 10, ce qui a pour effet de retenir de la chaleur dans la chambre de combustion 10 et donc de diminuer le temps de démarrage. REVENDICATIONS 1 - Incinérateur destiné a brûler des déchets combustibles, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion cylindrique fixe disposée horizontalement, présentant une extrémité d'entrée pour recevoir des déchets et une extrémité de sortie pour évacuer des gaz d'échappement et des résidus; des moyens d'allumage aménagés au voisinage de l'extrémité d'entrée pour allumer les déchets; un transporteur a' vis parcourant la longueur de la chambre de manière a' déplacer les déchets à. travers celle-ci; des moyens d'amené d'air comburant sous pression; une conduite fixe de distribution d'air chaud parcourant pratiquement la longueur de la chambre, en relation d'échange thermique avec celle-ci, et munie de moyens de distribution permettant d'admettre des volumes d'air sensiblement égaux le long de la chambre; et des moyens permettant d'amener l'air sous pression, depuis les moyens d'amenée d'air jusqu'a. la conduite de distribution, au voisinage de l'extrémité de sortie de la chambre, de sorte que l'air est préchauffé sélectivement pendant qu'il s'écoule longitudinalement à travers la conduite de distribution, à contrecourant des déchets traversant la chambre, l'air le plus chaud étant admis à l'extrémité d'entrée de la chambre de manière a' chauffer rapidement les déchets entrants tandis que de l'air plus froid et plus dense contenant davantage d'oxygène est admis à. l'extrémité de sortie de la chambre de manière a. effectuer la combustion totale et;à. empêcher l'émission de fumée. 2 - Incinérateur. destiné à- brûler des déchets combustibles, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion co- lindrique fixe disposée horizontalement, présentant une extrémité d'entrée pour recevoir des déchets et une extrémité de sortie pour évacuer les gaz d'échappement et les résidus; des moyens d'allumage aménagés au voisinage de l'extrémité d'entrée pour allumer les déchets; un transporteur a vis parcourant la longueur de la chambre de manière à déplacer les déchets de l'extrémité d'entrée a. l'extrémité de sortie de la chambre, å un débit décroissant a mesure que le volume de déchet est diminué par combustion, de manière a assurer une meilleure combustion de la fumée en particules a. l'extrémité de sortie de la chambre, le transporteur à vis comprenant une vis tournante présentant un axe longitudinal et un filet hélicoidal disposé concentriquement autour et à distance de l'axe et présentant un plus grand pas à l'extrémité d'entrée qu'à l'extrémité de sortie; et des moyens d'amenée d'air comburant à la chambre.