Brevet FR2361605A1 — publié le 19780310

La présente invention est relative à un procédé et à un four dEciné- ration pour des déchets solides pâteux, visqueux ou liquides et notamment pour les déchets industriels et les ordures ménagères. On utilise actuellement à cet effet des incinérateurs dits "statiques", des fours d'incinération à grille ou à rouleaux, ou des fours à tube tournant Or, aucun de ces fours ne donne pleinement satisfaction. En effet, dans un incinérateur statique où les déchets soliles ou pâteux brulent en tas, on constate une mauvaise combustion qui nécessite l'intervention fréquente d'un personnel de conduite du four pour activer cette combustion; d'autre part, si l'incinérateur statique dispose d'une grille, les produits a teux, visqueux, et les matières plastiques, abondantes dans les ordures ménagères notamment, fondent et passent au travers de cette grille et ne sont pas brûlés. Les fours d'incinération à grillesou à rouleauxprésentent le même défaut, puisque les produits pâteux, visqueux et les produits fondants passent au travers des grilles ou entre les rouleaux-, ce qui limite considérablement les possibilités de destruction de ces appareils. D'autre part, les pièces mé- talliques qui constituent et animent les grilles ou les rouleaux supportent mal les hautes températures, de l'ordre de 900 à 1100 C, auxquelles doivent travailler les fours, avec pour conséquence la nécessite de visites periodiques pour remplacer les chapes d'entraînement, les rouleaux ou les grilles, et par conséquent un court d'entretien élevé. De tels four s sont pourtant généralement utilisés pour les ordures ménagères, en raison de leur capacité importante. Les fours tournants, qui se caractéristent par leur chambre de combustion tubulaire tournante, sont quant à eux limites en capacité pour des raisons de difficultés technologiques de construction, et notamment d'usinage des bandages annulaires par l'intermédiaire desquels la chambre de combustion tubulaire repose sur ses galets de support.De plus, la fabrication de tels fours ,notamment quant aux bandages et aux organes de rotation de la chambre de combustion et aux joints tournants assurant la liaison entre celle-ci et les éléments fixes du four, e n r e n d 1 e coat de réalisation et d'entretien élevé eu égard aux capacités possibles de destruction : en pratique, on est limité dans ce cas à des fours dont la chambre de combustion tournante présente un diamètre maximal de 2 m 50, à moins d'un cout prohibiti, La Nés ente invention a pour but de remédier aux inconvénients de ces fours d'incinération actuellement connus. A cet effet, il est proposé selon l'invention un four d'incinération ver tical capable de détruire les déchets solides, pâteux, visqueux ou liquides sans qu'aucun organe mécanique de-l'anime au cours de la combustion : univer- sel , le four d'incinération selon l'invention se révèle donc également écono mique à la fabrication et à l'entretien, ceci notamment en raison de l'absence de tout entraihement mécanique exposé aux hautes températures. Les déchets solides, pâteux, ou visqueux se déplacent en effet à l'in térieur du four soit par gravité, soit par pousséessuccessivesdes charges intro duites, sur une rampe hélicoidale. Du fait de ce traitement sur une rampe hélicoidale, le four permet en outre l'accumulation des déchets et un temps de séjour important pour obtenir une combustion poussée. I1 est à noter que l'on ne craint pas la fusion des pro duits piteux ou des matières plastiques, qui se déplacent le long de la rampe en restant dans les conditions d'incinération. Dans le cas particulier des déchets liquides, qui sont pulvérisés de bas en haut dans l'enceinte, on crée au moyen de la rampe hélicoilale et d'un brûleur convenablement orienté un flux de gaz chaud ascendant suivant une hélice autour des déchets injectés, qui provoque une combustion tourbillon naire et la centrifugation des résidus solides de la combustinn qui viennent se déposer sur la rampe hélicoidale qu'ilsparcouratvers le bas par gravité et du fait de leur accumulation. Le four selon l'invention joint donc les avantages d'une destruction -très poussée des déchets et d'une simplicité qui en rend la construction et l'entretien économique; I1 est à noter en outre qu'il est possible de réaliser la paroi verticale du bure du four et la rampe hélicoidale à partir d'éléments standardisés, iden tiques ou non, que l'on empile en un nombre fonction de la longueur développée que l'on désire donner à la rampe hélidoídale, ce qui permet de standardiser les fabrications et d'abaisser encore le prix de revient des fours réalisés selon l'invention. Le procédé selon l'invention, pour rincinération de déchets solides, pâteux ou visqueux, est caractérisé en ce que l'on introduit les déchets à la partie supérieure d'une enceinte verticale fermée, on provoque une descente des déchets en hélice dans l'enceinte on crée un flux de gaz chaud ascendant suivant l'axe de l'hélice, pour provoquer successivement la déshydratation éventuelle et la combustion des déchets, au fur et à mesure de leur progression hélicoidale 7ers le bas, et on recueille les résidus solides de la combustion à la partie inférieure de l'enceinte. Le procédé selon l'invention, pour l'incinération de déchets liquides, est caractérisé en ce que l'on pulvérise les déchets vers le haut à l'interur d'une enceinte verticale fermée, on établit un flux de gaz chaud ascend@nt suivant une hélice autour des déchets pulvérisés pour provoquer une combus- tion tourbillonnaire et la centrifugation des résidus solides de la combustion et l'on recueille ces résidus à la partie inférieure de l'enceinte. L'invention sera mieux comprise si l'on se rérere à la description i dessous, relative à un mode de mise en oeuvre non limitatif, ainsi qu'au dessin annexé qui fait partie intégrante de cette description. La figure unique montre une vue d'un incinérateur selon l'invention susceptible de mettre en oeuvre l'une ou l'autre forme du procédé d'incinéra- tion selon l'invention, en coupe par un plan vertical radial. Cette figure montre un four d'incinération selon l'invention susceptible de traiter aussi bien des déchets solides, pâteux ou visqueux que des déchets liquides, en utilisant pour une grande part des éléments identiques dans un cas et dans l'autre. Le four illustré est délimite extérieurement par un bure vertical 1 défini par une cloison verticale 2, par exemple cylindrique de révolution autour d'un axe vertical 3, et par un fond incliné 4 et un couvercle 5 présentant une forme concave vers l'intérieur 6 du hure. Ces différentes parois sont généralement exécutées en acier garni de briques ou de béton réfractaires, par exemple à 45 % d'alumine. Les différents éléments peuvent être assemblés par tout moyen , et par exemple par brides et cimentage. Dans son couvercle 5, le bure 1 présente une cheminée 7 d'axe D destinée à évacuer les gaz de combu@tion vers l'extérieur ou vers une chambre de post-combustion par exemple cyclonale. de façon cornue era soi. A l'intérieur du bure 1 et le long de sa paroi cylindrique Z est prévue, selon l'invention, une rampe hélicoidale 8 d'axe 3. Cette rampe 3 est jointive et solidaire par l'un de ses bords de la cloison cylindrique 2 et dél-imite, par son bord 10 tourne vers l'axe 3, une colonne centrale verticale 9 en regard de la cheminée 7 de sorte des gaz, Il est a noter que, au niveau de son bord 10,la rampe hélicoîdale 8 présente de preférence ui? rebord 1 1 tourné vers le haut de façon que la cloi- scn 2, le rebord 11 et la rampe 8 délimitent en fait un couloir hélicoîdal. A proximité immédiate du fond incliné 4, la rampe hélico@dale 8 se @iéverse dans un cendrier 12 via une sortie 13 des résidus solides de combustion, aménagée à la partie inférieure de la paroi 2. A sa partie supérieure, à proximité du couvercle 5, la ramp e 8 se prolonge vers l'extérieur du bure par une galerie 14 orientée tangentiellement par apport à la cloison 2 et qui se prolonge vers l'extérieur, via un orifice 'ent@é@ des déchets solides 'a incinérer, par un conduit tubulaire 16 d'ali r@o@tation en déchets solides, généralement rectiligne. Dans ce conduit 16 débouche le fond 17 d'une trémie 18 recevant les déchets colides à incinérer ; un poussoir 19 formant piston à l'intérieur du conduit tubulaire 16 peut etre animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'ori @ce 20 air lequel le fond 17 de la trémie 18 débouche dans le conduit 16, par @pl@ @ous l'@ction d'un vérin 21, soit vers la gauche de la figure pour déga e:: cet orifice LO et laisser descendre dans le conduit 16 les déchets solides a incmérer, scft vers ia droite et vers le four pour pousser les déchets ainsi descendus vers l'intérieur du four. un peut remarquer que, lorsque le four est en fonctionnement, l'orifice d'entrée 15 des déchets solides est toujours obturé par un bouchon de déchets solides, ce qui empêche un échappement des gaz par cet orifice. Ce bouchon de déchete 22 joue également un rôle dans la progression des déchets dans le @our, puisqu'il transmet aux déchets reposant sur la galerie 14 et sur la rampe hélicoldale 8 le mouvement du poussoir 19 vers le four, Dans le couvercle 5 du bure est aménagé un deuxième orifice d'entrée 23, destiné aux déchets pteux ou trisqueux qui sont introduits par exemple par pompage, Cet orifice d'entrée 23 est disposé au-dessus et à l'aplomb vertical de la galerie 14 mais poncrai @ga@ement être disposé au-dessus et à l'aplomb vertical de la rampe hélic@idale 8 qui prolonge cette galerie. A la partie supériaure du bure, et par exemple dans sa cloison cylindrique 2 et au-dessus de la @ampe hélicoîdale 8,peut être avantageusement prévu un orifice supplémentaire 24, normalement fermé, autorisant l'intro duction, dans la partie supérieure du bure, d'un brûleur de pré-séchage des déchets solides, pateux ou visqueux, immédiatement après leur introduction sur la galerie 14 et la rampe 8. La déshydratation des déchets peut toutefois être provoquée uniquement par les gaz chauds parcourant l'intérieur 6 du bure de bas en haut, par la colonne centrale 9, vers la cheminée 7. Ces gaz chauds proviennent d'une part de la combustion des déchets dans les étages inférieurs de la rampe hélicoidale 8 et d'autre part d'un bruleur principal , schématisé ici par une flèche 25, introduit à l'intérieur du bure via un orifice 26 de la paroi verticale 2, généralement à la partie inférieure de celle-ci et au niveau des dernières spires de la rampe 8. Ce bruleur, de préférence orientable pour des raisons qui apparaitront plus loin, est dirigé sensiblement radialement lorsque l'on traite les déchets solides, pateux ou visqueux. I1 a pour rôle la mise en température du four et sa régulation: les déchets brûlent en effet en auto-combustion ou à l'aide d'un soutien thermique suivant l'importance de leur "pouvoir calorifique in férieur" . Pour brûler de tels déchets solides, pâteux ou visqueux, on injecte un air de combustion par des trous 27 pratiqués dans la paroi 2 du bure et répartis le long d'au moins une partie de la rampe hélicoidale 8 de manière à souffler sur les déchets reposant sur celle-ci; le nombre de ces trous de soufflage 27 et leur diamètre sont judicieusement déterminés ; ils peuvent être à volonté mis en service ou hors service. Ces orifices 27 peuvent ainsi mettre ou non en communication à l'intérieur 6 du bure avec au moins une chambre annulaire-28 entourant extérieurement celui-ci, laquelle chambre 28 est elle -meme reliée à une source d'alimentation en air sous pression, schématisée par des flèches 29, via un orifice 30. L'avance des déchets pâteux ou visqueux sur la rampe hélicoSdale 8 s'effectue généralement par gravité seule, l'avance des déchets solides résultant quant à elle des poupes successives des charges introduit-es par le poussoir 19, du moins dans les parties supérieures de la rampe hélicoidale. Le passage des gaz chauds ascendants dans la colonne verticale 9 près de l'introduction des déchets frais et l'action éventuelle du bruleur secondaire introduit via l'orifice 24 provoquela déshydratation des déchets et facilitai leur inflam mation et leur maintien en ignition .Il s'en suit une réduction du volume et une mise en mouvement des déchets qui se transforment petit à petit en matièresstériles L'avance des déchets en ignition et l'extraction des cendres peuvent etre accélérées ou ralenties par des changements de pas de lthélicoide. Notamment, la pente de la rampe 8 peut s'accentuer vers le bas pour faciliter l'éva~ cuation des cendres vers le cendrier 12. L'incinérateur qui vient d'etre décrit peut également être utilisé pour la destruction des déchets liquides organiques et minéraux. Les déchets liquides sont alors pulvérisés à la base de l'incinérateur, ver s le haut et sensiblement dans l'axe de l'appareil, via un orifice d'entrée 31 aménagé dans le fond 4, sensiblement suivant l'axe 3. Toute buse d'injection adaptée au type de déchets liquides traités peut naturellement être utilisée à cet effet. Dans ce cas, la flamme du brûleur orientable schématisé en 25 est dirigée tangentiellement à la paroi 2 du bure et à la rampe hélicotlale 8, pour établir un flux de gaz chaud ascendant suivant une hélice autour des déchets liquides pulvérisés, provoquer ainsi une combustion tourbillonnaire, la centrifugation du déchet pulvérisé et son brassage avec la flamme contre la paroi 2 du four, et la récupération des résidus solides de la combustion par centrifugation et dépôt sur la rampe hélico" idale 8.Dans cette application, l'air de combustion est envoyé parallèlement au flux du déchet pulvérisé, c'est-à-dire suivant l'axe 3 via ltorifice , cette injection d'air de combustion conjointe avec la pulvérisation du déchet liquide à brûler étant schématisée par une flèche unique 32, suivant l'axe 3,à la figure. Dans ce cas comme dans les cas précédents, les résidus solides de la combustion parcourent la rampe hélicoidale vers le bas pour être recueillis dans le cendrier 12. Pour faciliter le mouvement de descente des déchets à brûler et des résidus solides de la combustion, la rampe hélicoidale 8, naturellement réalisée en un matériau réfractaire, est en outre réalisée en un matériau présentant une faible porosité qui évite un collage. On peut notamment utiliser un matériau réfractaire électrofondu à haute teneur en alumine, cette teneur pouvant être de l'ordre de 90 %. Naturellement,ce matériau est également utilisé pour la galerie 14. Naturellement, le mode de réalisation d'un tel four peut varier considérablement notamment en fonction des besoins en poids et en nature de déchets à traiter. A titre d'exemple non limitatif, on a pu traiter deux tonnes de déchets solides par heure dans un four selon l'invention dont ia rampe hélicoldale pré- sentait une longueur développée de 30 mètres pour une largeur de 600 mm. De préférence, le four selon l'invention sera réalisé de la façon illustrée, où la paroi cylindrique 2 du bure et la rampe hélicoidale sont formé eu d'une superposition d'éléments annulaires empilés 33 dont chacun comporte luise partie de la paroi cylindrique et une partie de la rampe hélicoïdale, qui se raccorddrespectivement à la partie de la paroi cylindrique et à la partie de la rampe de l'élément annulaire analogue immédiatement supérieur ou inférieur I1 est ainsi possible, à partir d'éléments standards,de réaliser des fours plus ou moins hauts, dont la rampe hélicoidale présente par conséqu ent un développé plus ou moins long, en fonction des nécessités de traitement et notamment du temps de séjour souhaité dans le four.Les différents éléments ainsi empilés peuvent etre identiques , ou différents notamment quant au pas de lélément de rampe qui leur correspond respectivement. Dans l'exemple illustré, le four comporte un élément inférieur 34 définissant le fond incliné 4 du four, la partie inférieure de la cloison 2, la sortie 13 des résidus solides de la combustion et la partie inférieure de la rampe 8, d'un élément supérieur 35 défini quant à lui par la partie supérieure de la cloison cylindrique 2 comportant l'orifice d'entrée 15, la galerie d'entrée 14 et la partie supérieure de la rampe hélicoSdale 8, et par trois éléments annulaires identiques 33 dont chacun comporte, dans un élément cylindrique formant une partie de la cloison 2, une partie de la rampe hélic ovale 8. Ces différents éléments sont assemblés par exemple au moyen de brides et de ciment réfractaire pour assurer l'étanchéité. Chaque élément 33 comporte en outre, dans l'exemple illustré, une double enveloppe extérieure 36 qui définit autour de lui une chambre annulaire 28 présentant un orifice 30 susceptible d'être relié à une source d'alimentation en air sous pression 29 ; les orifices 27 décrits plus haut sont aménagés dans la paroi cylinKrique de élément pour mettre à volonté en communication la chambre annulaire 28 avec l'intérieur de l'élément, et par conséquent avec l'intérieur 6 du four assembié. Il est à @oter qu'ainsi, le four comporte une chambre annulaire 28 disti@cte pour char'g'.e élément, ce qui permet d'alimenter les différents nrveaax du four différemment en air de combustion, une vanne (non représentée) étant par exemple prévue en amont de entrée 30 de chaque élément pour répartir à vol@nté l'air entre les différents éléments, Naturellement, le four selon l'invention peut également présenter un certain nombre de dispositions annexes, la exemple on a représenté au niveau de la cheminée 7 an dispositif 37 permettent de faciliter l'@ l'évacuation des gaz chauds montant de la colomme verticale 9, Ce dispositif 37 comporte une chambre annulaire 38 disposée au four de la cheminée 7 et reliée à une source d'alimentation en air secondaire @chématisée par une flèche 39. Cette chambre 38 est reliée à l'intérieur de la cheminée 7 par un anneau de tubulures40 perpendiculaires à l'axe 3, c'est à-@ire an flux de gaz s'échappant de la chambre de combustion 6,et par un @nneau de tubulurescbliques41 dirigéesvers la sortie ou vers l'éventuelle cham @u @ de post-combustion, ce deuxième anneau étant placé en aval du premier @@mpte tenu du sen@ de parcours des gaz. Maturellement, d'autre dispositifs accélérateurs pourraient etre prévus. et en outre tout autre dispositif accessoire. On pourrai@ également prévoir pour faciliter l'écoulement des dé chets@ au niveau ce l'orifice 20, un conduit vertical reliant la trémie 18 et le conduit tubu@aire 16 d'alimentation. REVENDICATIONS 1) Procédé pour l'incinération de déchets solides, pateux ou visqueux, caractérisé en ce que l'on introduit les déchets à la partie supérieure d'une enceinte verticale fermée, on provoque une descente des déchets en hélice dans l'enceinte, on crée un flux de gaz chaud ascendant suivant l'axe de l'hélice, pour provoquer successivement la déshydratation éventuelle et la combustion des déchets au fur et à mesure de leur progression hélicoMale vers le bas, et on recueillie les résidus solides de la combustion à la partie inférieure de l'enceinte. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on souffle un air de combustion radialement le long du trajet hélicoSdal des déchets. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on provoque la dite descente en poussant les déchets le long d'une rampe hélicoidale par l'intermédiaire des déchets en cours d'introduction dans le four, 4) Procédé pour l'incinération de déchets liquides, caractérisé en ce que l'on pulvérise les déchets vers le haut à l'intérieur d'une enceinte verticale fermée, on établit un flux de gz chaud ascendant suivant une hélice autour des déchets pulvérisés pour. provoquer une combustion tourbillonnaire et la centrifugation des résidus solides de la combustion, et l'on recueille ces résidus à la partie inférieure de Itenceinte par l'intermédiaire de la rampe hélicoMale. 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on souffle un air de combustion parallèlement au flux de déchet pulvérisé. 6) Procédé selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits gaz chauds sont en combustion au moins dans une phase de mise en température de l'enceinte. 7) Four d'incinération pour les déchets solides, pâteux, visqueux ou liquides, caractérisé en ce qu'il comporte - un bure vertical présentant au moins une entrée pour les déchets à incinérer, une sortie des résidus solides de la combustion à sa partie inférieure, une sortie pour les gaz à sa partie supérieure, - une rampe hélicottiale à l'intérieur du bure, en pente descendante vers la sortie des résidus solides, la dite rampe présentant un bord jointif de la paroi du bure et un bord délimitant à l'intérieur de celui-ci une co lonne centrale verticale en regard de la sortie des gaz. - des moyens d'inflammation des déchets, au moins à la partie inférieure du bure. 8) Four selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bure est cylindrique d'axe vertical. 9) Four selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, pour l'in cinération des déchets solides, pâteux ou visqueux, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour souffler à volonté un air de combustion radiale ment, le long d'au moins une partie de la rampe hélicoMdale, vers l'inté rieur du bure. 10) Four selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens pour souffler un air de combustion à l'intérieur du bure comportentiles ori fices répartis le long de la rampe, dans la paroi du bure, et débouchant à l'extérieur de celui-ci dans au moins une chambre annulaire elle-même en communication avec une source d'air sous pression. 11) Four selon l'une quelconque des revendications 7'à 10, pour des déchets solides, pateux ou visqueux, caractérisé en ce que l'entrée des dé chets est située à la sortie supérieure du bure, en regard de la rampe hélicoSdale . 12) Four selon la revendication 11, pour des déchets solides, carac térisé en ce que l'entrée des déchets est@disposée tangentiellement à la paroi verticale du bure, dans le prolongement de la rampe hélicoidale. 13) Four selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte à l'extérieur du bure et dans le prolongement de la rampe, face l l'entrée des déchets, des moyens pour pousser les déchets sur la rampe via l'en- trée. 14) Four selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, pour des déchets pâteux ou visqueux, caractérisé en ce que l'entrée des déchets est disposée au-dessus de la rampe hélicoSdale. 15) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 14, pour des déchets solides, pâteux ou visqueux, caractérisé en ce que les moyens d'in flammation comportent un brûleur principal orienté radialement, à la par tie inférieure du bure. 16) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 15, pour@des déchets solides, pateux ou visqueux, caract érisé en ce qu'il comporte des moyens moyens de pré-séchage des déchets, à la partie supérieure du bure. 17) Four selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de pré-séchage des déchets comportent un bru lieur secondaire. 18) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 17, pour des déchets liquides, caractérisé en ce que l'entrée des déchets est disposée axialement à la partie inférieure du bure. 19) Four selon l'une quelconque -des revendications 7 à 18, pour des déchets liquides, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour injecter un air de combustion axialement, de la partie inférieure du bure vers le haut. 20) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 19, pour des déchets liquides, caractérisé en ce que les moyens dtinflarnmation comportent au moins un brûleur orienté tan gentiellenie nt par rapport à la paroi du bure et à la rampe, pour créer un cyclone. 21) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 20, caractérisé en ce que la rampe hélicoîdale présente un pas variable dans le sens de la hauteur du bure. 22) Four selon la revendication 21, caractérisé en ce que la pente de la rampe croit vers le bas. 23) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 22, caractérisé en ce que la rampe et la paroi verticale du bure sont déiinies par une pluralité d'éléments annulaires empilés dont cnacun comporte une partie de la paroi et une partie de la rampe, qui se raccordent respectivement à la partie de la paroi et à la partie de la rampe de l'élément annulaire analogue immédiatement supérieure ou inférieure. 24) Four selon les revendications 10 et 23, caractérisé en ce que chaque élément comporte extérieurement une chambre annulaire en cormnu- nication avec une source d'air sous pression et en communication avec l'intérieur de l'élément via des orifices répartis le long de la rampe, dans la paroi. 25) Four selon l'une quelconque des revendications 7 à 24, caractérisé en ce que la rampe est en un matériau réfractaire à faible porosité. 26) Four selon la revendication 25, caracterisé en ce que la rampe est en matériau réfractaire électrofondu à haute teneur en alumine.