Brevet FR2451000A1 — publié le 19801003

La présente invention est du domaine des procédés et des appareils à combustion et elle a plus particulièrement pour objet un dispositif dit incinérateur pour I'incinéra- tion de déchets tels que ligneux, organiques, ménagers ou autres. On connaît des incinérateurs statiques, type d'incinérateur auquel se rapporte la présente invention, comprenant une chambre de combustion, une gueule d'approvisionnement, une grille séparant le foyer d'une boite à cendres, et une cheminée ; dans la plupart de ces incinérateurs la chambre de combustion est constituée par une maçonnerie réfractaire paral lélépipédique ; l'introduction de l'air se fait grace au tirage de la cheminée ; le retrait des cendres est manuel et discontinu ; l'inconvénient majeur de ce type d'incinérateur réside dans leur faible capacité de combustion. On a proposé plus récemment un type d'in cinérateur dit "canadien1, constitué principalement de deux troncs de cône, d'axe vertical, l'un coiffant l'autre à une certaine distance au-dessus de lui de façon à ménager entre les deux cônes une arrivée d'air ; le chargement en déchets s'effectue par une gueule ouverte dans le cône inférieur ; le départ des gaz et ré- sidus de combustion s'effectue à travers une grille constituant un orifice de sortie au sommet du second cône ; de tels dispositifs sont d'une construction relativement simple mais leur durée de vie est courte et ils sont très polluants. L'invention propose un dispositif ayant pour but de brûler de grandes quantités de déchets en ne rejetant dans l'atmosphère que les parties non combustibles de ceux-ci, celles-ci étant rejetées sous forme extrèmement divisée ; un autre but de l'invention est de récupérer sous forme d'eau chaude non pressurisée une partie de la chaleur de combustion. Un dispositif, ou incinérateur, conforme à la présente invention et destiné à brûler des déchets ligneux ou autres est principalement caractérisé en ce qu'il est consti tué - d'un corps cylindrique, - d'un voûte faîtière surmontant ledit corDs, - d'une cheminée surmontant ladite partie faîtière, - d'une grille voisine de la base de ladite partie cylindrique, - d'une première entrée d'air débouchant au voisinage de la base du corps, au-dessous de la grille, et - d'une seconde entrée d'air débouchant dans la partie haute du dit corps I1 résulte de la double introduction de l'air une combustion très complète du combustible et un brassage de l'air dans la chambre de combustion favorisant la dispersion des particules brûlées. De préférence l'introduction desdits déchets dans la chambre de combustion est réalisée au moyen d'une trémie qui pénêtre dans l'incinérateur à travers la voûte faitière et qui débouche à l'intérieur au-dessous de ladite seconde entrée d'air ; il résulte de cette disposition que le refoulement des gaz et déchets de combustion à travers la trémie d'introduction est évité. De préférence encore les première et seconde entrées d'air sont conformées de façon à donner au courant d'air introduit, aussi bien au-dessous qu'au dessus de la grille une direction intermédiaire entre la normale et tangente par rapport au corps cylindrique ; il résulte de cette conformation un mouvement tourbillonnaire des gaz et des solides dans l'incinera- teur, mouvement tourbillonnaire qui est favorable à la fois à la bonne combustion des déchets et à la division des résidus en fines particules. I1 en résulte aussi, dans la conformation des parois en chemise d'eau, un meilleur échange de chaleur entre le foyer et la chemise. De préférence encoretl'introduction de l'air au-dessous de la grille s'effectuant suivant une direction dite première, l'introduction de l'air à la partie supérieure du corps cylindrique s'effectue suivant une direction d'angle inversée par rapport à la première direction ; ainsi tandis que le mouvement tourbillonnaire s'effectue dans un certain sens au dessous de la grille, il s'effectue dans un sens opposé au-dessus; il en résulte, au niveau de la grille un effet de cisaillement des masses gazeuses tout à fait favorable à la division des cendres en très fines particules. De préférence encore la grille est conformée en une pluralité de secteurs circulaires identiques et indépendants les uns des autres ; les secteurs de grille sont de préférence réalisés par moulage en fonte réfractaire ; l'angle d'arc de chacun d'eux est égal à une fraction entière de l'angle du cercle, d'où il résulte qu'un nombre entier de secteurs permet de recouvrir la totalité de la sole circulaire de l'incinérateur; ces secteurs de grille reposent d'une part au centre de l'incine- rateur sur un plot commun, et d'autre part à la périphérie de l'incinérateur sur une couronne montée sur pieds. De préférence encore la première entrée d'air est constituée par un couloir périphérique, rapporté à la périphérie de l'incinérateur, et débouchant dans l'intérieur du corps cylindrique à travers une pluralité d'ouvertures équirépar- ties. La conformation de ces ouvertures est telle qu'elle permet de diriger l'air entrant suivant ladite première direction ; des déflecteurs placés à l'intérieur du couloir assure une équirépar- tition approximative du courant d'air à travers les ouvertures. Selon une première variante de réalisation l'incinérateur, dont la paroi est exécutée en tôle d'acier, est revêtu intérieurement de matériaux réfractaires tels que briques et/ou ciments réfractaires ; dans ce cas de réalisation la voûte a une forme troncônique. Selon une seconde variante de réalisa- tion la paroi de l'incinérateur est conformée en double paroi, ou chemise,pour contenir un fluide caloporteur tel que l'eau ; dans ce cas de réalisation la voûte est constituée de deux viroles se mi-ellipsoidales ; cette variante permet la récupération de chaleur utilisable par exemple pour le chauffage des locaux, le sechage de matériaux, etc... La présente invention sera mieux comprise et des détails en relevant apparaîtront à la description qui va être faite de formes particulières d'exécution, en relation avec les figures des planches annexées dans lesquelles La fig.l est une coupe schématique en élé- vation d'un incinérateur de l'invention, La fig.2 est une vue schématique de dessus du même, La fig.3 est une représentation en perspective partiellement coupée d'un incinérateur revêtu d'un matériau réfractaire, La fig.4 illustre un secteur de grille utilisable dans l'incinérateur de l'invention, et La fig.5 est une illustration en coupe partielle d'un incinérateur à chemise d'eau, conforme à l'invention. Sur la fig.1 un incinérateur conforme à l'invention est constitué d'un corps cylindrique 1, d'une voûte faitière 2 qui a sur ce schéma une forme troecônique mais qui pourrait avoir toute autre forme de révolution évasée vers le bas, d'une cheminée 3 surmontant ladite voûte, d'une grille 4 située dans la partie basse du corps cylindrique, d'une première arrivée d'air 5 débouchant dans le corps au-dessous de la grille et une seconde arrivée d'air 6 débouchant dans la partie haute du corps ; les première et seconde arrivées d'air sont alimentées en air pulsé par un ventilateur unique 7 au moyen respectivement des conduits 8 et 9. Une trémie 11 d'introduction de déchets à brûler traverse la voûte et débouche à l'intérieur de l'incinera- teur à un niveau inférieur d'une distance d à celui de l'arrivée 6. L'ensemble repose sur une chape en ciment réfractaire 12. On notera les proportions des différentes parties de l'incinérateur oui sont : diamètre du corps sensiblement égal à la hauteur, hauteur de la voûte comprise entre le quart et la moitié de la hauteur du corps, hauteur de la cheminée légèrement inférieure à la hauteur du corps et diamètre intérieur de la cheminée comprise entre le tiers et le quart de la hauteur du corps il s'agit là de proportions qui ne sont pas impératives mais qui sont optimales. Le conduit 8 se prolonge tout autour de l'incinérateur par un couloir circulaire 10 qui débouche à l'in térieur de 1 'incinérateur à travers une pluralité d'ouvertures 10'. Sur la fig.2 on remarque que l'axe 81 du conduit 8 d'arrivée basse pénètre dans le corps sous un angle a compris entre la normale 82 et la tangente 83 audit corps, tandis que l'axe 91 du conduit 9 d'arrivée haute pénètre dans la partie supérieure du corps sous un angle ffi intermédiaire entre la normale 92 et la tangente 93 ; on remarque aussi que les angles d et ss sont approximativement inversés l'un par rapport à l'autre. L'arrivée d'air par le conduit 8 donne lieu au-dessous de la grille à un mouvement tourbillonnaire représenté par les flèches 13, tandis que l'arrivée d'air par le conduit 9 donne lieu au-dessus de la grille à un mouvement tourbillonnaire renrésenté par les flèches 14, ce mouvement tourbillonnaire s'effectuant dans un sens opposé au précédent. Sur la fig.3 un incinérateur de 1 'inven- tion analogue à celui des fig.l et 2 a une paroi 15 exécutée en tôle d'acier et il est revêtu intérieurement d'un matériau ré- fractaire ; ce matériau est constitué pour le corps cylindrique et pour la cheminée, de briques réfractaires 17, tandis qu'il est constitué d'une couche 19 de ciment réfractaire pour la voûte ; on remarquera que dans cette variante à revêtement réfractaire la voûte a une forme troncônique. Dans la partie basse de 1 'incinérateur des grilles en secteurs circulaires tels que 20 reposent à leur sommet sur un plot de ciment réfractaire 21, et à leur périphérie sur une couronne 22 supportée par des pieds tels que 23 au-dessus d'une sole ou chape en ciment réfractaire 24. La couronne 22 peut être formée par exemple de deux secteurs semi-circulaires reposant chacun sur trois pieds ; pieds et couronne sont avantageusement réalisés dans du "carrémassif d'acier. On remarque à la périphérie basse extérieure de l'incinérateur un couloir 25 analogue au couloir 10 de de la fig.l. Le couloir 25 débouche à travers une pluralité d'ouvertures telles que 26 à l'intérieur de 1 'incinérateur au-dessous de la grille ; ces ouvertures 26, ont une conformation en "sifflet" de façon à conserver au courant d'air, dans l'incinérateur, le sens de circulation qu'il a dans le couloir 25 (flèches 27) on remarque aussi dans le couloir 25 des déflecteurs tels que 28 disposés en regard des ouvertures et destinés à dévier le courant d'air du couloir dans chacune d'elles. On remarque aussi sur la vue extérieure correspondant à la partie droite de la figure une pluralité de volets tels que 29 ; ces volets qui peuvent être ouverts ou fermés manuellement sont destinés à permettre la mise en relation, par l'intermédiaire du couloir, de l'intérieur de l'incinérateur avec l'atmosphère ; ils sont ouverts pendant les périodes d'arrêt de l'installation, et notamment du ventilateurtpour autoriser la combustion par aération naturelle. On remarque aussi sur la figure une porte d'accès 30 à l'intérieur de l'incinérateur. Sur la fig.4 un secteur de grille tel que le secteur 20 de la figure précédente a une ouverture d'angle d'arc très légèrement inférieure à 200 et une longueur L légè- rement inférieure au rayon intérieur du corps cylindrique d'un incinérateur auquel il est destiné ; dix huit secteurs tels que celui de la fig.4 sont donc nécessaires et suffisants pour constituer la grille d'un incinérateur. Sur la fig.5 un incinérateur conforme à une seconde variante de réalisation de l'invention a des parois conformées en chemise pour contenir de l'eau ; le corps cylindrique est constitué par deux cylindres concentriques en tôle d'acier, un cylindre 31 constituant la paroi intérieure et un cylindre 32 constituant la paroi extérieure ; le cylindre intérieur est surmonté d'une virole,ou coupelle, 33 intérieure qui est soudée sur lui et le cylindre 32 est surmonté d'une virole,ou cou pelle,34 34 extérieure qui est soudée suer lui ; l'espace compris en- tre les cylindre et virole intérieurs d'une part, et cylindre et virole extérieurs d'autre part constitue une chemise étanche remplie d'eau.Un conduit d'arrivée d'eau froide 35 débouche dans la chemise à sa base, tandis qu'un conduit de départ d'eau chaude 36 est rapporté au sommet de la virole supérieure au voisinage de la cheminée. Les parties non décrites de l'incinérateur de la figure se comprennent pas référence avec les autres figures. On remarquera que l'incinérateur conformé en chemise,de cette figure a une voûte ellipsoldale et moins haute que la voûte troncônique de 1 'incinérateur à parois réfractaires de la fig.3 ; cette différence a pour objectif de favoriser l'échange 'de chaleur entre les gaz chauds et la chemise. La chaleur récupérée peut servir au chauffage de locaux ou d'installations voisines ; il est en outre prévu, bien que cela ne figure pas sur la figure, une arrivée d'eau pour compenser les pertes, et éventuellement un recyclage de l'eau chaude recueillie à la sortie 36 vers la sortie 35 en vue d'éviter une différence de température trop importante entre la partie haute et la partie basse de l'incinérateur. Les avantages des incinérateurs de l'invention résident dans la simplicité de leur conception qui permet leur réalisation à un coût modeste en comparaison de celui d'une chaudière pressurisée à grille tournante par exemple, dans la possibilité qu'ils ont d'absorber des déchets tout-venant non calibrés, mouillés ou secs,sans crainte que des corps étrangers, pierres, ferraille, viennent perturber leur fonctionnement et dans la possibilité qu'ils offrent de permettre la récupération de chaleur pour un coût pratiquement nul par rapport aux incinérateurs traditionnels. Enfin leur utilisation par exemple dans l'industrie du bois est tout à fait favorable à l'environnement puisqu'ils absorbent des déchets polluants et ne rejettent qu'en quantité infime des résidus de combustion. REVENDICATIONS 1.- Incinérateur pour brûler des déchets ligneux ou autres, carac terse : en ce qu'il est constitué - d'un corps cylindrique, - d'une voûte faîtière surmontant ledit corps, - d'une cheminée surmontant ladite partie faîtière, - d'une grille voisine de la base du dit corps cylindri que, - d'une première entrée d'air débouchant au voisinage de la base du corps, au-dessous de la grille, et - d'une seconde entrée d'air débouchant dans la partie haute du dit corps 2.- Incinérateur selon la revendication 1, caractérisé par une trémie d'introduction desdits dé chets, ladite trémie pénêtrant dans l'incinérateur à travers la voûte troncônique et débouchant à l'intérieur de l'inciné rateur au-dessous de ladite seconde entrée d'air ; 3.- Incinérateur selon la renvendication 1, caractérisé en ce que ladite première entrée d'air est conformée de façon à donner au courant d'air introduit une direction dite première intermédiaire entre la normale et la tangente par rapport au dit corps cylindrique ; 4.- Incinérateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite seconde entrée d'air est conformée de façon à donner au courant d'air introduit une di rection dite seconde, intermédiaire entre la normale et la tangente par rapport au dit corps cylindrique, ladite seconde direction étant inversée par rapport à ladite première direction ; 5.- Incinérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite grille est conformée en une pluralité de secteurs circulaires identiques les uns aux autres,independants les uns des autres, l'angle d'arc de chacun d'eux étant égal ou tres légèrement inférieur à une fraction entière de l'angle du cercle 6.- Incinérateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits secteurs de grille re posent d'une part au centre de l'incinérateur sur un plot commun, et d'autre part à la périphérie de l'incinérateur sur une couronne montée sur pieds 7.- Incinérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première entrée d'air est constituée par un couloir périphérique débouchant dans l'intérieur du corps cylindrique à travers une pluralité d'ou vertures équiréparties ; 8.- Incinérateur selon la revendication 1, caractérisé par un ventilateur commun pour alimenter en air la première et la seconde entrée d'air 9.- Incinérateur selon la revendication 1, caractérise en ce que les parois intérieures dudit incinérateur sont revêtues d'un matériau réfractaire 10.- Incinérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois d'au moins ledit corps cylindrique et ladite voûte troncônique sont conformés en double enveloppe pour recevoir de l'eau de circulation et la chauffer