Brevet FR2458752A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne un procédé d'incinération de déchets ainsi qu'un incinérateur permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Le procédé et l'inclinée rateur de l'invention s'appliquent à la combustion de dé- chets solides, industriels ou domestiques, dans lesquels peuvent être contenus des produits liquides. On connait les importantes préoccupations qu'entrainent les problèmes d'environnement, de pollution, d'économie d'énergie. Ces problèmes préoccupent aussi bien les industriels que les collectivités locales, notamment en ce qui concerne llincinération des déchets. En effet, il est important lors de cette incinération, de dépenser un minimum d'énergie pour provoquer la combustion de déchets, tout en récupérant un maximum d'énergie thermique dispensée par cette combustion. I1 est en outre très difficile de traiter des déchets dont l'origine, la nature et la forme sont très variées'; ces traitements sont très souvent spécifiques. On connait des installations d'incinération de déchets qui comprennent une structure réfractaire délimitant une chambre de combustion des déchets, un dispositif permettant d'insuffler de l'air dans la chambre de manière à établir un courant d'air dans celleci, ainsi que des moyens permettant d'introduire un combustible dans la chambre. Les dechets sont généralement introduits dans la chambre de combustion au moyen de dispositifs mécaniques en mouvement destinés à éviter la création d'amalgames de déchets à l'entrée de ceux-ci dans la chambre. Afin d'améliorer le contact entre l'air de combustion et les déchets, d'autres pièces mécaniques en mouvement permettent d'agiter ces déchets à l'intérieur de la chambre. Les parois de la chambre de combustion sont souvent constituées de matériaux réfractaires coûteux car les déchets en combustion restent constamment en contact avec ces parois. Ces installations connues d'incinération ont pour principal inconvénient de nécessiter des pièces mécaniques en mouvement qui sont constamment exposées à la chaleur. Ces pièces mécaniques sont soumises à des contraintes thermiques importantes qui provoquent leur destruction très rapide. De plus, les déchets en combustion étant en contact permanent avec les parois de la chambre de combustion, le matériau réfractaire généralement coû- teux qui recouvre cette paroi se détériore rapidement. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et notamment de prévoir un procédé d'incinération et de réaliser un incinérateur dans lequel les déchets sont brûlés sans qu'il y ait contact prolongé entre ceux-ci et les parois de l'incinérateur et sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des pièces mécaniques en mouvement pour provoquer la circulation des déchets dans cet incinérateur. L'invention vise tout d'abord un procédé d'incinération des déchets dans un incinérateur comprenant une chambre de combustion dans sa partie supérieure, une chambre de post-combustion dans sa partie inférieure et une sole d'alimentation et d'étalement des déchets, située entre la chambre de combustion et la chambre de postcombustion, caractérisé en ce qutil consiste à gazéifier les déchets combustibles sur la sole, par radiation des parois de l'incinérateur, suivie de la combustion vive des déchets gazéifiés, pris à brûler les produits de gazéification des déchets dans la chambre de combustion, en formant une flamme par contact de ces produits avec un fluide gazeux d'entretien de 13 combustion, riche en comburant, introduit dans la chambre de combustion sous forme de jets dont la direction permet de localiser ladite flamme dans la chambre de combustion. Selon une autre caractéristique du procédé, on évacue à la partie supérieure de la chambre de combustion, les cendres de faible poids résultant de la gazéification des déchets sur la sole et pouvant être entrainé par le mélange gazeux formé par le fluide gazeux d'entretien de la combustion et par les gaz de combustion. Selon une autre caractéristique, on incinère dans la chambre de post-combustion les cendres de poids élevé résultant de la gazéification des déchets sur la sole, ces cendres glissant par gravité sur la sole inclinée et tombant dans la chambre de post-combustion. Selon une autre caractéristique, une partie du mélange gazeux est recyclée à proximité des parois vers la partie inférieure de la chambre de combustion, entraînant le reste des cendres de faible poids, non évacuées à la partie supérieure de la chambre de combustion, ces cendres étant reprises en charge par le fluide gazeux d'entretien de la combustion Selon une autre caractéristique, une partie du fluide gazeux d'entretien est introduit au travers de la sole, par des perforations de la dite sole. Selon une autre caractéristique, on détruit les matières organiques et les odeurs, au cours de la combustion complète des déchets, par le recyclage du gaz de combustion. L'invention a également pour objet un incinérateur de déchets permettant la mise en oeuvre du procédé mentionné plus haut ; cet incinérateur est caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de combustion des déchets, munie d'une cheminée, cette chambre de combustion étant superposée à une chambre de post-combustion des déchets, une sole à inclinaison réglable étant disposée entre les chambres de combustion et de post-combustion, pour alimenter l'incinérateur et étaler les déchets. Selon une caractéristique avantageuse de cet incinérateur, les chambres de combustion et de post combustion comprennent des conduits d'injection d'un fluide gazeux d'entretien de la combustion et de la postcombustion, ces conduits étant situés en-dessus et en-dessous de la sole et étant disposés de manière à créer d'une part un tourbillon ascendant du fluide gazeux d'entretien de la combustion et du gaz de combustion dans la zone centrale des chambres et de manière à créer d'autre part un courant descendant de fluide gazeux d'entretien de la combustion et des gaz de combustion, le long des parois des chambres. Selon une autre caractéristique de l'incinérateur conforme à l'invention, chaque conduit d'injection de fluide gazeux d'entretien dans les chambres a une direction qui forme avec le plan radial passant par l'axe des chambres et par le point où l'axe de ce conduit pénètre dans les chambras, un angle inférieur à gon. Selon une autre caractéristique, le rapport de la hauteur de la chambre de combustion au-dessus de la sole au diamètre de cette chambre est supérieur à 1. Selon une autre caractéristique, la cheminée d'évacuation des gaz de combustion est équipée de dispositifs annexes permettant le dépoussiérage et le refroidissement des fumées. Selon une autre caractéristique de l'invention, la cheminée communique avec les conduits d'injection du fluide gazeux d'entretien. Enfin, selon une autre caractéristique, la sole inclinée présente des perforations permettant le passage d'une partie du fluide gazeux d'entretie de la combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titra purement illustratif, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement, en coupe verticale, un incinérateur conforme à l'invention - la figure 2 est une vue de dessus schématique représentant l'incinérateur de l'invention, en coupe. En référence à la figure 1, on a représenté de manière schématique, en coupe verticale, un incinérateur conforme à l'invention. Cet incinérateur comprend une chambre 1 de combustion des déchets, munie d'une cheminée 2 ; cette chambre peut présenter la forme d'un cylindre de révolution et elle est superposée à une chambre 3 de post-combustion des déchets, qui peut également présenter une symétrie de révolution. Ici, la chambre de post-combustion présente de préférence une forme conique, de manière à faciliter la récupération des cendres lourdes résultant de la combustion des déchets, dans un cendrier 4, représenté de manière schématique. Le chargement des déchets dans l'incinérateur est effectué par une entrée 6 qui peut par exemple avoir la forme d'un tube muni d'une vis dans fin (non représentée).Les déchets 7 sont recueillis sur une sole 5, inclinée et de pente réglable, pouvant présenter des perforations, située entre les chambres de combustion 1 et de post-combustion 3. Les moyens de réglage de cette pente n'ont pas été représentés ici ; ils sont constitués de façon connue. Les déchets se déplacent par gravité, en direction de la partie inférieure de l'in~ cinérateur. Les chambres de combustion et de post-combustion comprennent des conduits 8, 9 d'injection d'un fluide gazeux d'entretien de la combustion et de la post-combus- tion des déchets introduits dans l'incinérateur.Ces conduits 8 et 9 sont situés au-dessus et en-dessous de la sole 5 et sont disposés de manière à créer un tourbillon 10 ascendant de fluide gazeux d'entretien de la combustion et de gaz de combustion dans la zone centrale de la chambre, ainsi qu'un courant descendant composé des mêmes éléments et représenté par les flèches descendantes 11, 12, le long des parois de la chambre de combustion 1. Le nombre de conduits d'injection de mélange gazeux a été limité à deux sur la figure, pour des commodités de représentation, mais il est bien évident que ce nombre peut être plus élevé.Ces conduits sont dirigés vers l'intérieur des chambres, de sorte que la direction de chaque conduit forme avec le plan radial passant par l'axe des chambres et par le point où l'axe de ce conduit pénètre dans la chambre correspondante, un angle inférieur à 90 . La direction de ces conduits peut éventuellement être orientable, soit par rapport à un plan horizontal, soit par rapport à un plan vertical passant par l'axe des chambres. Cette orientation est représentée de manière schématique sur le conduit 8. Elle permet d'ajuster la direction des conduits d'injection de mélange gazeux, en fonction par exemple de la granulométrie des déchets à incinérer, de manière à favoriser la formation de tourbillons ascendants de fumée et de gaz décrits plus haut. Les chambres de combustion et de post-combustion comprennent en outre des brûleurs 15, 16 de démarrage et d'entretien intermittent ou continu de la combustion ; ces brûleurs sont situés en-dessus et en-dessous de la sole5. Leur nombre a été limité à deux sur la figure pour des commodités de représentation ; leur direction peut être perpendiculaire à un plan tangent à la paroi des chambras, au point d'arrivée de ces brûleurs dans ces chambres. De manière préférentielle, cette direction est la même que celle des conduits d'injection 8, 9 de mélange gazeux d'entretien de la combustion dans les chambres. Afin d'assurer le meilleur contact entre le fluide gazeux d'entre tien de la combustion injecté dards la chambre de combustion et les déchets, ainsi qu 1une circulation correcte du mélange des gaz de combustion des déchets et du fluide gazeux d'entretien, de la manière indiquée plus haut, les dimensions de la chambre de combustion sont telles que le rapport de la hauteur H de cette chambre, au-dessus de la sole 5 au diamètre D de cette chambre, est supérieur à 1. Les brOleurs 15, 16 permettent tout d'abord la mise en température des chambres de combustion et de post-combus- tion. Lorsque cette température est atteinte et que le processus d'incinération est amorcé, ces brûleurs peuvent être arrêtés ; en effet, lorsque la température de combustion et de post-combustion est atteinte, les déchets subissent déjà une gazéification au moins partielle sur la sole et le fluide gazeux injecté dans les chambres permet à lui seul d'entretenir la combustion et la post-combustion des déchets introduits qui sont généralement autocombustibles. Ces brûleurs peuvent éventuellement présenter un fonctionnement intermittent d'entretien de la combustion ou de la post-combustion, par exemple dans le cas où les déchets introduits dans l'incinérateur présentant un taux d'humidité important.La cheminée 2 de l'incinérateur communique avec un dispositif de dépoussièrage 17 des fumées ces fumées peuvent etre évacuées dans l'atmosphère par une sortie 18 de ce dispositif 17. La cheminée peut également communiquer avec un récupérateur de chaleur 19, soit directement, soit par l'intermédiaire du dispositif 17 ;- elle peut également communiquer, par une sortie 20, avec les conduits 8, 9 d'injection du fluide gazeux d'entretien dans les chambres i et 3. La sole 5 peut présenter des perforations 22, permettant le passage d'une partie du fluide gazeux d'entretien de la combustion arrivant par la canalisation 23. Ceci améliore la dispersion des déchets sur la sole et favorise leur gazéification. En référence à la figure 2, on a représenté de manière schématique, en vue de dessus, une coupe au-dessus de la sole 5, de l'incinérateur conforme à l'invention. On distingue sur cette figure deux conduits 8 et 21 d'injection de fluide gazeux d'entretien de la combustion dans les chambres, ainsi que l'arrivée 6 des déchets dans la chambre de combustion, au-dessus de la sole 5. Le fonctionnement de l'incinérateur de déchets conforme à l'invention sera maintenant mieux compris à la lumière des explications qui vont suivre : les brûleurs 15, 16, sont allumés de façon à provoquer la mise en tem- pérature des chambres de combustion et de post-combustion. Lorsque cette température est atteinte, les déchets sont introduits dans la chambre de combustion 1 et tombent sur la sole 5. Ces déchets s'étalent sur la sole et sont au moins partiellement gazéifiés sur celle-ci, tandis que l'on injecte le fluide d'entretien de la combustion ; ces déchets sont gazéifiés dans la chambre 1 par radiation des parois de l'incinérateur et des gaz de combustion. Des cendres sont alors formées. Les cendres de faible poids sont évacuées par la cheminée, à la partie supérieure de la chambre de combustion, par le mélange gazeux formé par le fluide d'entretien de la combustion et par les gaz de combustion. Les cendres de poids élevé résultant de la gazéification des déchets sur la sole, glissent sur celle-ci par gravité et tombent dans la chambre de postcombustion 3, où se termine leur incinération. Le fluide gazeux d'entretien de la combustion est introduit dans la chambre de combustion sous forme de jets de direction réglable. L'orientation de ces jets permet de localiser dans la chambre de combustion la flamme qui se forme au contact des produits de gazéification des déchets et du fluide gazeux d'entretien de la combustion. Le fluide gazeux d'entretien de la combustion et de la post combustion possède un mouvement rotationnel grace à l'orientation des conduits d'injection. Le fluide gazeux d'entretien balaye la sole 5 et permet, d'une part, d'apporter le comburant nécessaire à la combustion des déchets et, d'autre part, par son énergie, d'étaler la masse des déchets en combustion, sur la sole 5. Il permet également d'entraîner sélectivement les cendres les plus lourdes vers le cendrier 4, les cendres les plus légères portées par les gaz de combustion vers le dispositif 17 de dépoussiérage, en aval de l'incinérateur. Les déchets sont chauffés dès leur arrivée dans l'incinérateur par radiation des parois de la chambre de combustion, et lorsqu'ils parviennent dans l'axe de l'incinérateur, leur gazéification est pratiquement complète.Le mouvement rotationnel de l'air se développe sur toute la bauteur de l'incinérateur et permet de maintenir un contact prolongé entre les particules de déchets à brûler et le mélange gazeux d'entretien de combustion. L'incinérateur est entièrement statique et le temps de maintien des particules de déchets à l'intérieur dépend de l'énergie cinétique développée par le fluide gazeux d'entretien de la combustion et du poids des particules de déchets. La cheminée axiale 2 située à la partie supérieure de la chambre de combustion 1 permet d'évacuer une fraction du mélange gazeux constitué par le gaz de combustion des déchets, par le fluide d'entretien de la combustion et par de très fines poussières.La section de sortie de a cheminée est telle que la perte de charge qu'elle provoque permet un recyclage dans le sens des flèches 11, 12 d'une autre fraction du mélange gazeux formé des gaz de combustion et du fluide gazeux d'entretien de la combustion. Ce recyclage entraîne les particules non évacuées vers la sole 5. Le fluide gazeux d'entretien et les gaz de combustion ainsi recyclés reviennent au niveau de la sole où ils sont repris en charge par le fluide gazeux d'entretien de la combustion arrivant par les conduits périphériques et éventuellement réchauffa par le mélange gazeux chaud amene par les conduits 20. Ceci provoque une nouvelle dispersion des déchets au niveau de la sole. Lorsque le processus de combustion est amorcé et que les déchets sont auto-combustibles, l'incinération se poursuit sans apport d'énergie complémentaire. Il est à remarquer que les particules de déchets qui présentent un poids trop élevé pour être évacuées directement par la cheminée de l'incinérateur sont recyclées jusqu'à ce qu'elles atteignent par combustion une taille qui leur permette cette évacuation. Bien que la gazéification sur la sole 5 soit aussi complète que possible,- il peut subsister des déchets de poids trop important qui ne sont pas complètement incinérés et qui ne peuvent être pris en charge par le mouvement du mélange gazeux d'entretien de la combustion et du gaz de combustion. Ces déchets continuent à brûler, et, par leur masse, glissent sur la sole inclinée et tombent par gravité dans la chambre 3 de post-combustion située en-dessous de la chambre de combustion, Dans cette chambre de post-combustion, la combustion des déchets de forte granulométrie s'achève. De plus, en tombant dans cette chambre de post-combustion, les déchets partiellement brûlés sur la sole se dispersent ou se retournent, ce qui favorise encore leur combustion complète.Enfin, les cendres résultant de la combustionret de la postcombustion sont rassemblées dans le cendrier situé dans la partie inférieure de l'incinérateur, d'où elles peuvent être extraites grâce à tcus moyens appropriés, connus dans l'état de la technique. Seules les cendres de très faible poids s'échappent par la cheminée, à la partie supérieure de la chamb,re de combustion, entraînées par les gaz de combustion. Comme ces gaz ont une température élevée, il est possible de prévoir comme on l'a vu plus haut, des moyens 19 permettant de récupérer la chaleur à la sortie de l'incinérateur. Les courants de gaz de combustion et de fluide gazeux d'entretien présentent un mouvement rotationnel et permettent d'éviter tout contact direct de la flamme développée par la combustion des déchets avec les parois de la chambre de combustion. Ces courants ont pour avantage d'éviter l'utilisation de matériaux réfractaires de coût élevé, pour la construction des parois des chambres de combustion et de post-combustion. Le recyclage des gaz de combustion provoque une combustion complète des déchets et permet la destruction de toutes les matières organiques et de toutes les odeurs. L'incinérateur qui vient d'être décrit, outre l'avantage mentionné précédemment, ne comporte qu'une sole à pente réglable, située dans la chambre de combustion: Dans les dispositifs connus, la sole est généralement mobile et comporte des pièces mécaniques en mouvement, destinées à éviter les agglomérations de déchets, ce qui a pour inconvénient, comme on l'a mentionné plus haut, de nécessiter l'entretien et de temps à autre, le remplacement de ces pièces mécaniques en mouvement. Il est bien évident que dans l'incinérateur qui vient d'autre décrit, les moyens utilisés auraient pu être remplacés par des moyens équivalents, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé d'incinération de déchets dans un incinérateur comportant une chambre de combustion dans sa partie supérieure, une chambre de post-combustion dans sa partie inférieure et une sole d'alimentation et d'étalement des déchets, située entre la chambre de combustion et la chambre de post-combustion, caractérisé en ce qu?il consiste à gazéifier les déchets combustibles sur la sole, par radiation des parois de l'incinérateur et par combustion du mélange gazeux de combustion des déchets gazéifiés, puis à brûler les produits de gazéification des déchets dans la chambre de combustion, en formant une flamme par contact de ces produits avec un fluide gazeux d'entretien de la combustion, riche en comburant, introduit dans la chambre de combustion sous forme de jets dont la direction permet de localiser ladite flamme au centre de la chambre de combustion. 2. Procédé d'incinération selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil consiste en outre à évacuer à la partie supérieure de la chambre de combustion les cendres de faible poids résultant de la gazéification des déchets sur la sole, au moyen du mélange gazeux formé par le fluide gazeux d'entretien et par le gaz de combustion. 3. Procédé d'incinération selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à incinérer dans la chambre de post-combustion les cendres de poids élevé résultant de la gazéification des déchets sur la sole, ces cendres glissant par gravité sur la sole inclinée et tombant dans la chambra de post-combustion. 4. Procédé d'incinération selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à recycler par une partie du mélange gazeux circulant à proximité des parois vers la partie inférieure de la chambre de combustion, le reste des cendres de faible poids non évacuées à la partie supérieure de la chambre de combustion, ces cendres étant reprises en charge par le fluide gazeux d'entretien de la combustion. 5. Procédé d'incinération selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'une partie du fluide gazeux d'entretien est introduit au travers de la sole, par des perforations de ladite sole. 6, Procédé d'incinération selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à détruire les matières organiques et les odeurs au cours de la combustion complète des déchets, par le recyclage du gaz de combustion. 7. Incinérateur de déchets permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qutil comprend une chambre de combustion des déchets, munie d'une cheminée, cette chambre de combustion étant superposée è une chambre de post-combustion des déchets, une sole fixe d'inclinaison réglable étant disposée entre les chambres de combustion et de post-combustion pour alimenter l'incinérateur et étaler les déchets. 8. Incinérateur de déchets selon la revendication 7, caractérisé en ce que les chambres de combustion et de post-combustion comprennent des conduits d'injection d'un fluide gazeux d'entretien de la combustion et de la post-combustion, ces conduits étant situés en-dessus et en dessous de la sole de manière à créer d'une part un tourbillon ascendant du fluide gazeux d'entretien et du gaz de combustion dans la zone centrale des chambres, et de manière à créer d'autre part un courant descendant de fluide gazeux d'entretien et de gaz de combustion le long des parois des chambres, vers la partie inférieure de la chambre de combustion. 9. Incinérateur de déchets selon la revendication 7 caractérisé en ce que chaque conduit d'injection de fluide gazeux dans les chambres a une direction qui forme avec le plan radial passant par l'axe des chambres et par le point où l'axe de ce conduit pénètre dans la chambre correspondante, un angle inférieur à 90 degrés. 10. Incinérateur de déchets selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport de la hauteur de la chambre de combustion, au-dessus de la sole, au diamètre de cette chambre est supérieur à 1. 11. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la cheminée d'évacuation des gaz de combustion est équipée de disposée tifs annexes permettant le dépoussiérage et le refroidissement des fumées. 12. Incinérateur selon l'une quelconque des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que ladite cheminée communique avec les conduits d'injection du fluide gazeux d'entretien. 13. Incinérateur conforme à l'une quelconque des revendication 9 et 10, caractérisé en ce que ladite sole inclinée présente des perforations permettant le passage d'une partie du fluide gazeux d'entretien de la combustion.