Brevet FR2465159A1 — publié le 19810320

CAS 1 La présente invention concerne une installation d'inciné- ration-chauffage et un procédé pour la fourniture d'énergie thermique à un processus primaire. De nombreux processus industriels engendrent, en tant que sous-produits, des effluents combustibles et, couramment, ces processus sont de nature à exiger un apport de chaleur pour leur mise en oeuvre; tel est le cas, par exemple., des fours de séchage de peinture émail dans lequel de l'air am- biant est porté à une haute température pour opérer la cuis- son de la peinture, chassant de celle-ci les solvants qui sont typiquement à base d'hydrocarbures combustibles. La mise directe à l'atmosphère de tels effluents est sé- vèrement limitée par des règlements officiels depuis quelques années, de sorte qu'il faut éliminer d'une manière ou d'une autre ces effluents de l'air mis à l'atmosphère. Selon la technique antérieure, on sait qu'un mode effi- cace d'élimination de ces vapeurs ou effluents combustibles consiste à les incinérer dans un incinérateur à haute tempé- rature. Par exemple, l'air s'échappant du four de séchage de peinture passe dans un incinérateur qui le chauffe suffi- samment pour provoquer, par combustion quasi complète, la transformation des vapeurs d'hydrocarbures et gaz carbonique relativement peu toxique et vapeur d'eau. Cette méthode assu- re aussi efficacement l'élimination de solides relativement légers, tels que particules de résine, entraînés dans le cou- rant d'air d'échappement. Ces procédés sont efficaces, mais obligent fondamentale- ment à dépenser dans l'installation un appoint d'énergie ther- mique notable, ce qui élève la quantité globale d'énergie nécessaire au traitement considéré. On sait qu'on peut réduire la quantité d'énergie à four- nir pour la combustion d'effluents du type hydrocarbures ou autres en préchauffant l'air à incinérer par traversée d'un échangeur de chaleur, qui reçoit aussi les produits de combus- tion de façon à transmettre à l'air arrivant une partie de 1' énergie thermique du processus d'incinération, afin de rédui- re les besoins en énergie de l'incinérateur. Une autre méthode pour améliorer le rendement global du processus consiste à faire traverser à l'air alimentaire frais arrivant d'un échangeur de chaleur traversé par les produits de combustion de l'air incinéré, afin de préchauffer l'air frais alimentaire pour réduire la quantité d'énergie néces- saire au traitement. Le brevet US 3 917 444 décrit diverses installations de ce genre dans lesquelles on utilise au traitement primaire les chaleurs perdues engendrées en recyclant vers le point de traitement d'une partie des produits de combustion, ou en les utilisant pour chauffer, au moyen d'un échangeur de chaleur, de l'air alimentaire envoyé au point de traitement. Toutefois, il est prévu de brûleurs d'apport de chaleur primaire. Certes, de telles améliorations du rendement incitent à utiliser ce mode particulier d'élimination d'effluents combus- tibles, mais le rendement global demeure relativement faible et la mise en oeuvre de l'énergie thermique d'incinération ne réduit pas sensiblement la quantité d'énergie à fournir pour le traitement, notamment dans les applications o le débit d' effluent est relativement faible. En conséquence, la présente invention a pour buts de proposer: - une installation et un procédé pour l'incinération d' effluents combustibles engendrés au cours d'un traitement pri- maire, par exemple dans un four de séchage de peinture, qui permettent d'utiliser avec un haut rendement au traitement primaire l'énergie thermique engendrée dans l'incinérateur - une telle installation de relèvement de rendement qui ne comporte qu'un minimum de composants et dont le fonction- nement soit fiable et exempt de difficultés. Suivant un premier aspect de la présente invention, il est prévu une installation d'incinération-chauffage pour trai- tement primaire qui exige de l'énergie thermique et fait ap- paraître un effluent combustible, cette installation compre- nant des moyens de circulation d'air qui desservent à l'entrée et à la sortie l'emplacement du traitement primaire, l'air qui quitte cet emplacement contenant de l'effluent combustible, un appareil d'incinération-chauffage comportant une chambre de combustion dans laquelle est logé un brûleur, des moyens pour envoyer une partie au moins du courant d'air émanant du- dit emplacement traverser ladite chambre de combustion en vue de l'incinération de l'effluent qu'il véhicule, et des moyens pour renvoyer une partie au moins de l'air incinéré à l'em- placement de traitement afin de fournir de l'énergie thermique à ce dernier, l'installation comprenant encore des moyens pour régler la température régnant dans ladite chambre de combustion en fonction des besoins en énergie thermique dudit traitement primaire. L'incinérateur joue le rôle de source d'énergie thermi- que vis-à-vis du traitement primaire et est modulé en fonc- tion de la quantité variable d'énergie thermique nécessaire à ce traitement primaire. Toutefois, l'intervalle de modulation est choisi au-delà du niveau de température nécessaire pour l'incinération com- plète des effluents combustibles. Ainsi, l'incinération a lieu auxiliairement dans l'opération de fourniture d'énergie ther- mique au traitement primaire, de sorte que l'incinérateur ne* consomme qu'un minimum d'énergie pour opérer l'incinération. Dans une réalisation, de l'air chargé d'effluent prélevé à l'emplacement de traitement, par exemple dans un four de séchage de peinture, est introduit dans la chambre de combus- tion après avoir traversé un échangeur de chaleur de préchauf- fage qui le préchauffe en le faisant traverser par l'air in- cinéré. De là, l'air chargé d'effluent passe dans la chambre de combustion de l'incinérateur, o il est porté par nouveau chauffage à la température de combustion des effluents. L'air incinéré traverse ensuite l'échangeur de chaleur de préchauffage et est ensuite renvoyé en partie à l'emplace- ment de traitement primaire, c'est-à-dire dans un four de chauffage de peinture. Une certaine proportion de l'air incinéré peut être mise à l'atmosphère à travers un échangeur de chauffage d'air ali- mentaire qui, chauffé par l'air incinéré mis à l'atmosphère, assure le préchauffage d'un courant d'air frais arrivant in- troduit dans l'installation en tant qu'appoint pour compenser la proportion d'air incinéré mise à l'atmosphère. La température de brûleur d'incinérateur est modulée en fonction des besoins en énergie thermique du traitement pri- maire d'une manière qui augmente ou réduit la quantité d'éner- gie thermique engendrée dans l'incinérateur d'après les be- soins en énergie thermique du traitement primaire,. mais dans un intervalle de température assez élevé pour que l'incinéra- tion soit quasi complète, par exemple entre 640 et 8200C. Une autre modulation d'énergie thermique est assurée à l'aide de registres de dérivation qui font franchir en déri- vation à l'air prélevé sur les fours de séchage de peinture l'échangeur de préchauffage, afin de réduire le degré de pré- chauffage qu'il subit avant de pénétrer dans la chambre de combustion de l'incinérateur. Un agencement de registres de dérivation est aussi prévu pour assurer la mise à l'arrêt et la circulation de l'air sans traversée de l'incinérateur, ainsi que le franchissement en dérivation de l'échangeur de chauffage d'air alimentaire en vue d'un retour rapide à l'état refroidi. L'invention concerne encore un procédé pour la fournitu- re d'énergie thermique à un traitement primaire qui fait ap- paraître un effluent combustible, celui-ci étant incorporé à de l'air à l'emplacement du traitement primaire, ce procédé consistant à soutirer à partir dudit emplacement une fraction d'air chargé d'effluent et à envoyer ce courant d'air traver- ser la chambre de combustion à brûleur d'incinération, à faire fonctionner ledit brûleur pour incinérer ledit effluent com- bustible, la température établie dans la chambre de combustion étant réglée d'après les besoins en énergie thermique dudit traitement primaire, et à renvoyer une partie au moins dudit air incinéré audit emplacement de traitement primaire, de sor- te que ledit brûleur d'incinération-agit à la fois pour cou- vrir les besoins en énergie thermique dudit traitement primai- re et pour incinérer l'effluent combustible résultant de ce traitement. On va maintenant décrire à titre d'exemple une réalisa- tion de la présente invention en se référant au dessins anne- xé, dont la figure unique représente schématiquement une ins- tallation d'incinération-chauffage pour association à un four de séchage de peinture. Dans une installation selon la présente invention, au lieu de prévoir un brûleur d'incinération et des brûleurs sé- parés fournissant l'appoint de chaleur nécessaire au traite- ment, comme prévu selon la technique antérieure, en ne récu- pérant à partir de l'incinérateur qu'une quantité de chaleur relativement faible, on ne prévoit qu'un seul appareil d'in- cinération-chauffage, tel que représenté sur la figure, qui couvre complètement les besoins en chaleur du traitement. Au- trement dit, l'appareil d'incinération-chauffage engendre la chaleur nécessaire au traitement primaire et la quantité de chaleur qu'il débite subit-une modulation qui la fait concor- der avec les besoins variables en énergie thermique du traite- ment primaire. Selon la méthode prévue pour assurer ce résultat, on en- voie de l'air chargé d'effluent prélevé à l'emplacement de traitement primaire, dans la chambre de combustion d'inciné- rateur, dans laquelle il est porté à une température suffisam- ment élevée pour assurer l'incinération de l'effluent combus- tible. L'air incinéré est ensuite renvoyé à l'emplacement de traitement primaire, de sorte que l'on dispose directement de son énergie thermique pour maintenir les conditions de température nécessaires au traitement primaire, tel que sé- chage de peinture à l'intérieur d'un four. En considérant la figure, on voit en 10 un four de sé- chage de peinture comportant une enceinte 12 dans laquelle on assure le séchage de peinture appliquée, par exemple, sur des coques ou autres composants d'automobile indiqués en 14. Il est prévu un détecteur de température 16 qui surveille la température établie dans l'enceinte 12, engendre des si- gnaux électriques correspondants, par exemple au moyen de thermocouples, et fournit des signaux d'erreur qu'exploite une commande de température. L'air sortant de l'enceinte du four va subir, à travers un conduit de sortie 18, des opérations qui le débarrassent des effluents combustibles et lui communiquent de l'énergie thermique, grâce à l'installation selon l'invention, puis revient à l'intérieur du four par un conduit de retour 20. L'air circulant ainsi traverse un conduit transversal 22 sous l'effet d'un ventilateur d'alimentation 24. Un regis- tre schématisé en 26 subit un effet de commande schématisé en 28 de façon à faire varier le débit d'air en circulation selon la température de four décelée et le niveau de tempéra- ture de consigne commandé, de manière connue. Une fraction de l'air traversant le conduit transversal 22 est soutirée à travers un conduit d'échappement 30 par un ventilateur d'échappement 32. Le courant d'air d'échappement, chargé d'effluent combustible, passe par un conduit 34 dans un échangeur de chaleur de préchauffage air/air courant 36, que le courant d'air traverse avant de pénétrer dans la cham- bre d'incinérateur 38. L'échangeur de chaleur de préchauffage 36 comprend un moyen échangeur de chaleur qui provoque un transfert de chaleur entre l'air d'échappement arrivant par le conduit 34 et l'air incinéré sortant qui ressort de la chambre d'incinération 38 après avoir été incinéré, ceci pour que la chaleur engendrée dans l'incinérateur serve à porter par préchauffage l'air arrivant à une température relativement élevée. Par exemple, dans le cas de l'application type à un four de chauffage de peinture, l'air pénètre dans l'échangeur de préchauffage 36 à 180OC et est chauffé à une température de l'ordre de 600'C, puis atteint la température d'incinéra- tion sous l'effet du brûleur d'incinération 40. Le brûleur d'incinération 40, d'un type qu'on trouve dans le commerce, sert à établir un front de flamme à haute température avec une turbulence, une température et un temps de séjour suffisant pour assurer, par combustion quasi totale, la transformation de l'effluent en gaz carbonique et vapeur d'eau. Il est aussi prévu un registre de dérivation, indiqué en 42, qui module l'envoi direct en dérivation de l'air recyclé, chargé d'effluent, dans la chambre d'incinérateur 38 sous la commande d'un régulateur de registre 44, lui-même placé sur une ligne ramifiée 46, en réponse à des signaux émanant de la commande de température. Autrement dit, le degré de préchauf- fage est modulé d'après les besoins variables du traitement primaire, c'est-à-dire les besoins en chaleur du four de sé- chage de peinture 10. La commande primaire est assurée à travers une ligne ramifiée 48 de commande d'une valve à gaz 50, qui règle elle- même la quantité de chaleur débitée par le brûleur d'inciné- ration 40. La température de fonctionnement du brûleur d'incinéra- tion est modulée, dans la présente réalisation, dans l'inter- valle de 640 à 8200C, au sein duquel on peut satisfaire aux besoins variables en chaleur du traitement primaire, tout en assurant l'incinération complète des gaz effluents, dans la chambre d'incinération 38, à des températures échelonnées dans tout cet intervalle. L'air incinéré, qui est à une température relativement élevée, traverse l'échangeur de préchauffage 36 o il cède une partie de sa chaleur à l'air en circulation arrivant, puis atteint vers l'extérieur de l'incinérateur un conduit de sortie 52 d'o il passe par un conduit ramifié 54 dans le con- duit transversal 22 pour être renvoyé de là à l'intérieur du four de séchage de peinture 12. Ainsi, le gros de l'énergie thermique engendrée par l'incinérateur sert directement à cou- vrir les besoins en énergie thermique du four 10. Une certaine proportion de l'air incinéré est mise à l'atmosphère à travers un conduit d'évent 56, qui traverse un échangeur de chaleur air/air 58 avant de rejoindre une chemi- née de mise à l'atmosphère 64. L'air frais arrivant est aspiré à l'intérieur à travers un filtre 60, puis traverse l'échan- geur de chaleur air/air 58 pour être préchauffé par l'air in- cinéré relativement chaud qui emprunte le conduit d'évent 56 et rejoint de là le conduit d'admission 66 du ventilateur d' échappement pour passer, avec l'air incinéré recyclé, à l'in- térieur du four. Dans la réalisation illustrée, le courant traversant le conduit de retour 20 est constitué à raison d'environ deux tiers par de l'air incinéré, le troisième tiers étant de l'air d'appoint frais qui arrive de l'extérieur et a subi un pré- chauffage. Un ensemble de registres de mise à l'arrêt, comportant des registres 60, 78 et 72, est prévu en vue du passage à 1' état refroidi au cours duquel les dispositifs de récupération d'énergie thermique sont mis hors d'action et l'air est sim- plement recyclé avec un appoint d'air frais aspiré par le ven- tilateur d'alimentation 24. Dans ces conditions, le courant d'échappement emprunte un conduit dérivé 74. On voit que cet agencement confère au traitement un très haut rendement du fait que c'est l'incinérateur lui-même qui constitue la source de chaleur primaire pour le traitement primaire, de sorte que sa chaleur n'est pas gaspillée, mais exploitée au maximum. L'air incinéré est directement renvoyé dans le four de séchage de peinture 12 afin d'y supporter di- rectement l'énergie engendrée par l'incinération de contrôle de pollution, sans qu'on ait recours à des agencements secon- daires de récupération d'énergie thermique. La mise partielle à l'atmosphère de l'air incinéré est compensée par l'échange de chaleur air/air assuré en 58 et par le préchauffage appliqué à l'air chargé d'effluent dans l'é- changeur de chaleur de préchauffage 36. Ainsi, l'incinérateur assume une double fonction sous la gouvernance de la commande de température, ce qui supprime les fortes pertes causées par l'incinérateur séparé et par les brûleurs d'appoint selon la technique antérieure. En eux-mêmes, tous les composants sont courants et dis- ponibles dans le commerce ou de structure connue et l'on peut les acheter ou les fabriquer à bon compte. Ces composants sont connus pour leur fonctionnement fiable et ont déjà fait leurs preuves, de sorte que l'ensemble du fonctionnement est sûr et efficace. Bien qu'on se soit référé ci-dessus à un four de séchage de peinture pour décrire l'installation, on conçoit que celle- ci est applicable à tout traitement primaire exigeant de 1' énergie thermique et fournissant un effluent combustible. REVEND ICAT IONS 1. Installation d'incinération-chauffage pour traitement primaire qui exige de l'énergie thermique et fait apparaître un effluent combustible, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de circulation d'air qui desservent à l'entrée et à la sortie l'emplacement de traitement primaire, l'air qui quitte cet emplacement contenant de l'effluent combustible, un appareil d'incinération-chauffage comportant une chambre de combustion dans laquelle est logé un brûleur, des moyens pour envoyer une fraction au moins du courant d'air émanant dudit emplacement traverser ladite chambre de combustion en vue de l'incinération de l'effluent qu'il véhicule, et des moyens pour renvoyer une partie au moins de l'air incinéré audit emplacement de traitement afin de fournir de l'énergie thermique à ce dernier, l'installation comprenant encore des moyens pour régler la température qui règne dans ladite cham- bre de combustion en fonction des besoins en énergie thermique dudit traitement primaire. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un échangeur de chaleur conçu pour recevoir une partie au moins dudit courant d'air provenant de l'emplacement de traitement primaire avant qu'il ne pénètre dans ladite chambre de combustion, l'air incinéré étant cana- lisé de manière à traverser cet échangeur de chaleur et à en- trer en relation de transmission de chaleur avec ledit air chargé d'effluent, de façon que ce dernier soit préchauffé avant de pénétrer dans ladite chambre de combustion. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de canalisation dérivés as- surant le passage en dérivation d'une proportion réglable du- dit courant d'air qui vient traverser ledit échangeur de cha- leur à partir de l'emplacement de traitement primaire; ainsi que des moyens réglant ladite proportion canalisée en dériva- tion en fonction des besoins en énergie dudit traitement pri- maire, de sorte qu'il est possible de satisfaire à ces besoins en énergie du traitement primaire par réglage de la tempéra- ture régnant dans la chambre de combustion et de la proportion de franchissement en dérivation dudit échangeur de chaleur. 4. Installation selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour mettre à l'atmosphère une fraction dudit air in- cinéré après traversée de ladite chambre de combustion, ainsi que des moyens pour aspirer et envoyer à l'emplacement du traitement primaire un courant d'air frais d'appoint corres- pondant à ladite fraction d'air incinéré mise à l'atmosphère. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur air/air qui reçoit ladite fraction d'air incinéré mise à l'atmosphère et, latéralement, ledit courant d'air frais arrivant, de sorte que cet air frais est préchauffé par échange de chaleur avec l'air incinéré mis à l'atmosphère. 6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits moyens de réglage de la température régnant dans la chambre de combustion com- prennent un détecteur de température situé à l'emplacement du traitement primaire et des moyens qui, en réponse à des varia- tions de cette température décelée, règlent le fonctionnement dudit brûleur. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la température établie dans la chambre de combustion est réglée dans l'intervalle de 640 à 820'C. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit traitement primaire est un séchage de peinture opéré au four, en ce que de l'air circule à travers l'intérieur du four de séchage de peinture sous l'effet de moyens ventilateurs et de conduite d'admission et de retour et en ce qu'une partie de l'air circulant ainsi est consitutée par ladite fraction d'air prélevée par envoi dans la chambre de combustion. 9. Procédé pôur la fourniture d'énergie thermique à un traitement primaire qui fait apparaître un effluent combusti- ble, celui-ci étant incorporé à de l'air à l'emplacement du traitement primaire, caractérisé en ce qu'on soutire à partir dudit emplacement une fraction d'air chargé d'effluent et l'on envoie ce courant d'air traverser une chambre de combustion à brûleur d'incinération, on fait fonctionner ledit brûleur pour incinérer ledit effluent combustible, la température établie dans la chambre de combustion étant rélgée d'après les besoins en énergie thermique dudit traitement primaire, et l'on ren- voie au moins une fraction dudit air incinéré audit emplace- ment de traitement primaire, de sorte que le brûleur d'inci- nération agit à la fois pour couvrir les besoins en énergie thermique du traitement primaire et pour incinérer l'effluent combustible résultant de ce traitement. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on établit une relation d'échange de chaleur air/air entre ledit air chargé d'effluent et ledit air incinéré ayant tra- versé la chambre de combustion. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on module ladite relation d'échange de chaleur entre ledit air chargé d'effluent et ledit air incinéré d'après les be- soins en énergie dudit traitement primaire. 12. Procédé selon les revendications 9, 10 ou 11, carac- térisé en ce qu'on met à l'atmosphère une fraction de l'air incinéré et l'on renvoie la fraction restante à l'emplacement dudit traitement primaire. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'on établit une relation d'échange de chaleur entre ladite fraction d'air incinéré mise à l'atmosphère et de l'air frais d'appoint arrivant. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce qu'on règle la température établie dans la chambre de combustion en réglant le brûleur pour qu'il fonc- tionne entre 640 et 8200C.