Brevet FR2469655A1 — publié le 19810522

PROCEDE ET APPAREIL DE COMBUSTION DE MELANGES D'EXCREMENTS ET LITIERES PROVENANT DINSTALLATIONS D'ELEVAGE INTENSIF D'ANIMAUX. La présente invention concerne un procédé pour la combustion d'un combustible formé de mélanges d'excréments et de litières, qui sont produits lors de l'elevage intensif d'animaux, à l'aide d'une installation de combustion dans laquelle le combustible est placé sur une grille pendant le processus de combustion. L'invention concerne en outre un appareil de combustion pour la mise en oeuvre du procédé. Lors de l'élevage intensif d'animaux, notamment lors de l'élevage de volailles, il faut évacuer des quantités importantes de mélanges d'excréments et de litières. On peut considérer à cet égard que, pour la production d'un kilo de viande de volaille en elevage intensif, il se forme environ 1,5 kg d'exrré- ments. Les services d'élevage d'animaux sont obliges de traiter d'une manière appropriée les grandes quantités d'excréments produits. Malgré les bonnes qualites d'engrais des mélanges d'excréments et litieres ainsi formés, il n'est pas toujours permis, à cause de l'extension des épidemies animales, de distribuer le mélange sur n importe quel champ; le mélange d'excréments et de litières ne doit être répandu que dans la région même de l'éleveur de volailles. On a pour cette raison déjà propose de faire brûler les excréments. Cependant, il est nécessaire de faire intervenir à cet effet des quantités additionnelles de combustible importantes, notamment du mazout, de sorte que cela peut présenter un gros inconvénient économique. D'après la demande de brevet en République Fédérale d'Allemagne divulguée sous le No. 2 721 237, on connaît un procédé et un dispositif de combustion de déchets végétaux très humides, où un cône de décharge du produit combustible est placé sur la grille de combustion agencée en forme d'escalier. On introduit dans le cone de décharge du produit combustible, tangentiellement et à partir de I"exricur, de l'air secondaire destiné à former un cyclone tournant autour d'un axe vertical de maniere que l'air secondaire injecté à l'aide de plusieurs buses sous la forme de jets assez larges soit guidé sur la surface du cône de decharge de façon que les axes des buses d'air secondaire, et par conséquent également des jets d'air, soient orientés à peu près tangentiellement à la surface du cône de décharge du produit combustible, approximativement au milieu de la hauteur du cône et dans la région située entre la zone de distillation et la zone de brûlage. Le combustible est lui-même entrainé par la grille de combustion sous l'effet d'une poussée dirigée par le bas.En plus de la ventilation par l'air secondaire, il se produit une ventilation additionnelle par le bas au travers de la grille. Le procédé de combustion connu convient pour des déchets végétaux qui ne sont pas agressifs, c'est-à-dire qui ne contiennent pas des teneurs élevées en ammoniac, comme cela est courant pour des déchets d'animaux. Pour cette raison, il semble évident de pousser des combustibles de ce genre par le bas au travers de la grille de combustion, avec un système d'une complexité technique relativement grande, pour pouvoir obtenir un cône de combustible d'une forme déterminée. Cependant, dans le cas considéré, cette solution présente un inconvénient car, dans le cas considéré, il n'est pra tiquement pas compliqué de faire arriver par le haut le produit combustible, qui est agressif dans l'exemple considéré. L'invention a en conséquence pour but de fournir un procédé de combustion de mélanges d'excréments et de litières, à l'aide duquel on puisse également traiter des mélanges agressifs, auquel cas le produit combustible doit être introduit par le haut. L'installation de combustion nécessaire à cet effet doit pouvoir être commandée et alimentee d'une façon simple. On doit pouvoir éliminer des ensembles auxiliaires, comme des buses d'air secondaire. A cet égard, on doit également éviter l'introduction additionnelle de combustibles, comme du mazout. Grâce à la combustion, le volume doit être réduit, ce qui permet la récupération des cendres, soit sous la forme d'engrais, soit sous la forme de produit non-nocif et susceptible d'être répandu. Ces differents problèmes sont résolus gracie à l'invention à l'aide d'un procédé de combustion du type défini ci-dessus, suivant lequel la combustion du produit combustible est maintenue par insufflation d'air dans la couche de combustible placée sur la grille et à une distance de 8 à 20 cm du côté supérieur de ladite grille. Avec ce mode de combustion, la flamme peut être entretenue facilement dans le mélange d'excréments et de litières sans necessiterl'ajoutdeçombus- tibles additionnels. Seulement pour l'inflammation du mélange au début de l'opération de combustion, il est nécessaire d'assurer cette inflammation du mélange à l'aide de paille, de bois ou d'autres agents d'allumage de natures connues. Dans ce but, on peut également utiliser des lances à gaz. Lors de la combustion du mélange, il se produit, à une température de combustion de 600 à 800 C, un gaz combustible tempéré qui peut etre introduit dans un échangeur de chaleur gaz-gaz de manière à pouvoir chauffer additionnellement l'air d'étable par la combustion des excréments. Il est ainsi possible de réaliser des économies importantes de combustible et d'énergie, de sorte que le procéde s'avère tres rapidement comme rentable malgré les frais d'investissement à engager pour le four de combustion. Un appareil de combustion pour la mise en oeuvre du procédé comporte une chambre de combustion pourvue d'au moins une grille qui se compose au moins partiellement de tubes qui sont pourvus d'orifices de ventilation auxquels sont reliés des petits tubes de ventilation placés en saillie. Les petits tubes de ventilation, qui sont réalisés de préférence à partir d'un profilé creux circulaire ou polygonal, comportent des ouvertures extrêmes et des trous par l'intermédiaire desquels l'air de combustion peut être insuf flé, au travers de la grille, dans la masse du mélange placee sur celle-ci. A cet égard, on utilise avantageusement des petits tubes de ventilation qui comportent, à leurs extrémités supérieures libres, des tôles déflectrices d'air qui dégagent une ouverture latérale. Par l'intermédiaire de cette ouverture, l'air peut alors être insufflé directement dans le mélange plus ou moins compact. Pour améliorer la répartition de l'air, les directions d'insufflation sont à chaque fois modifiées alternativement dans des orientations opposées. L'air s'écoulant dans les tubes de la grille de combustion assure egale- ment le refroidissement de ces tubes. Pour produire un refroidissement supplémentaire ou bien un préchauffage de l'air de combustion, on entoure la chambre de combustion, au moins dans la zone de la grille, par une double paroi avec canal d'air intercalaire. On fait initialement passer dans ce canal de l'air aspire de l'extérieur. La paroi de la chambre de combustion est refroidie et l'air introduit ensuite par l'intermédiaire des tubes de la grille est déjà préchauffé. Pour améliorer la commande de la combustion, notamment en fonction de l'humidité du mélange d'excréments et de litières, on peut placer sur la grille un plateau secoueur mobile qui est entraîné manuellement ou mécaniquement. Un tel plateau secoueur peut aussi être relié à une commande temporisée,auquel cas, en fonction de l'humidité du produit combustible, on soumet la zone de combustion plus ou moins souvent à un secouage. En outre, il est proposé de disposer en dessous de la grille principale une grille de post-combustion, sur laquelle tombe les parties incandescentes séparées par secouage, afin de subir une post-combustion. De cette manière, l'uniformité de combustion est également encore améliorée. Enfin, il est proposé de placer en aval de la chambre de combustion un échangeur de chaleur qui est traversé par les gaz de combustion. Un tel moyen, connu en soi, sert à extraire au moins partiellement, l'énergie contenue dans les gaz de combustion. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 est une vue de face schématique de l'appareil de combustion selon l'invention. La Figure 2 est une vue latérale de l'appareil. La Figure 3 est une vue en plan de l'appareil; et la Figure 4 montre des détails de la grille avec les tuyaux et les petits tubes de ventilation. Le mélange d'excréments et de litières destiné à être brûlé comporte une teneur en humidité d'environ 20 à 50% en poids. I1 est stocké dans une trémie d'alimentation 1, de préférence une remorque comportant un fond et un rouleau répartiteur, de façon à obtenir une alimentation uniforme de l'appareil de combustion pendant plusieurs jours. A partir de la trémie de stockage 1, le mélange d'excréments et de li tières 22, qui a à peu près la consistance de tourbe humidifiée, tombe dans la zone réceptrice 2 d'une vis sans fin d'entraînement 20 orientée en oblique vers le haut. La vis d'entraînement 20 est actionnée par l'intermédiaire d'un moteur 21. Le mélange 22 parvient ensuite dans un entonnoir 23, qui est monte sur une vis de distribution 3. La vis de distribution est entraînée par un moteur 24. Elle répartit le mélange sur la longueur d'une chambre de combustion 4, ledit mélange d'excréments et de litières étant réparti sous forme d'une couche sur une grille 25 placée dans la zone inférieure de la chambre de combustion.La grille 25 est constituée par des barreaux de section carrée entre lesquels sont ménagés des intervalles d'environ 5 à 8 cm et qui sont montés dans un support creux 28 solidaire des parois 26,27. Les barreaux creux de la grille sont alimentés, à l'aide d'un ventilateur 31 disposé latéralement, en air sous une pression d'environ 1,1 à 1,5 bar. Ainsi l'air de combustion ou bien lfair à échauffé est initialement introduit dans une double paroi 32, qui est disposée, dans la zone de la grille, autour des parois 26, 27 et qui se termine sur le support tubulaire creux. Sur la grille peut se déplacer un plateau secoueur 45,tel que ceux utilisés d'une manière connue dans le domaine des fours. Le plateau secoueur peut être entraîné manuellement ou mécaniquement. Ce plateau secoueur se compose d'une grille constituée de barreaux et de traverses et dont les éléments sont déplaçables entre les orifices de ventilation 40, comme cela sera précisé dans la suite. Ce plateau secoueur, dont les parties actives sont tangentes à la zone de brûlage au-dessus de la grille, assure la désagregation des cendres et des parties incandescentes, qui -tombent alors entre les barreaux de grille. Ces parties tombent sur une grille de post-combustion 46 placée en dessous de la grille principale 25, de sorte que lesdites parties incandescentes subissent une post-combustion et assurent un fort échauffement de la couche de combustible se trouvant sur la grille principale, car l'air de combustion chauffé s'écoule vers le haut. La grille de postcombustion 46 n'est pas constituée par des tubes creux mais par des éléments compacts. Elle est traversée par un courant d'air dérivé qui pénètre par les volumes intercalaires de la grille. Ensuite, l'air de combustion passe dans les intervalles de la grille principale. Le plateau secoueur 45 peut être entraîné à l'aide d'un dispositif mécanique (non représenté), sous la commande d'un programme de temporisation. A cet égard, on peut par exemple faire intervenir comme paramètres de re- férence dans cette commande temporisée la consistance ou l'humidité du mélange d'excréments et de litières. I1 est également possible d'utiliser comme agent de commande une sonde réagissant a la température ou à la composition des gaz de combustion. Les cendres formées qui tombent des grilles sont transférées par l'intermédiaire d'un entonnoir 7 dans un wagonnet à cendres (non representé), qui peut être évacué par l'intermédiaire d'une ouverture d'accès 33. I1 est également possible de disposer au point le plus bas de l'entonnoir de cendres une vis sans fin à l'aide de laquelle les cendres tombant des grilles 25 ou 26 peuvent être évacuées. La hauteur de chargement de la grille 25 avec le mélange d'excréments et de litières est limitée parla hauteur de la chambre de combustion. Pour la commande de l'alimentation en combustible de la grille, il est prévu un contacteur de butée 34 qui permet, lorsque la couche a atteint une hauteur maximale, d'arrêter les moteurs d'entraînement des vis sans fin d'alimentation. La couche de combustible a, à peu près, une hauteur comprise entre 10 et 40 cmS auquel cas une couche d'une épaisseur d'environ 5 à 15 cm correspond à la zone de combustion 35 proprement dite, tandis qu'une couche placée au-dessus et d'une épaisseur d'environ 15 à 25 cm sert de couche de préséchage pour le produit combustible. Il est essentiel que les fumées ne tombent pas en dessous d'une température minimale déterminée. A l'aide de la sonde de mesure de température 63, on contrôle la température des gaz de combustion. Lorsqu'on ne doit pas tomber en dessous d'une valeur de consigne déterminée, on enclenche le ventilateur 31, ou bien on passe a une puissance supérieure, ce qui permet d'injecter de plus grandes quantités d'air de combustion dans la chambre de combustion. Les fumées chaudes, mélangées à une forte proportion de vapeur d'eau, qui s'échappent du mélange combustible situé sur la grille, parviennent dans un échangeur de chaleur gaz-gaz 5, qui est traversé par un grand nombre de tubes 51 sur les surfaces périphériques desquelles passe un courant d'air, orienté transversalement audit tube et qui sert par exemple au chauffage des volumes d'élevage. A cet égard, on aspire initialement de l'air atmosphérique par l'intermédiaire d'un ventilateur 60 et on le fait passer dans la double paroi 32 ou il refroidit la chambre de combustion et s'échauffe déjà partiellement. Ensuite, l'air parvient par l'intermédiaire du canal 61 dans l'échangeur de chaleur 5 de manière à passer sur les tubes 51 et à sortir ensuite par l'orifice de décharge 62. Ensuite, les gaz de combustion refroidis parviennent dans un conduit tubulaire de décharge. Dans cette zone, il est possible de faire en outre passer les gaz dans un dispositif de filtrage, un séparateur ou un appareil semblable, avant de les décharger dans l'atmosphère par l'intermédiaire de la cheminée 6. A l'aide de l'appareil de combustion décrit ci-dessus, il est possible de brûler le mélange d'excréments et de litières relativement humide, sans faire intervenir des combustibles additionnels. Une caractéristique essentielle pour le maintien de la combustion consiste dans l'agencement de la grille 25, sur laquelleestdéposé le mélange à brûler ou à sécher. Comme le montrent les Figures 4a et 4b, la grille de combustion se compose de 8 à 15 tuyaux 36, qui ont une section droite rectangulaire et les dimensions suivantes: - Hauteur .................... : 12 cm - Largeur .................... : 5 cm - Espacement de centre à centre : 10 cm. On peut, cependant s'écarter également de ces dimensions. Dans les tuyaux 36, il est prévu des orifices de ventilation 40 auxquels sont reliés des petits tubes de ventilation 41 placés en saillie. Sur les Figures 4 et 6, on a représenté seulement une partie desdits petits tubes 41. Ces petits tubes de ventilation ont une hauteur d'environ 10 cm, et on a constaté que la longueur de ces petits tubes devait être comprise entre environ 8 et 20 cm pour obtenir des résultats optimaux de combustion. Les petits tubes de ventilation sont pourvus à leur extrémité supérieure d'une tôle déflectrice d'air 42 en forme de hotte, qui permet d'établir une orientation definie d'insufflation et d'écoulement de l'air de combustion passant dans les petits tubes de ventilation. Ainsi, pour des petits tubes adjacents 41, les directions d'insufflation sont à chaque fois opposées, mais elles sont cependant à chaque fois dirigées perpendiculairement à l'axe du tuyau de grille associé. En plus des orifices de ventilation prévus aux extrémités libres des petits tubes, ceux-ci comportent en outre quatre trous 43 décalés respectivement de 90" sur la périphérie du petit tube correspondant et par lesquels il est possible d'exercer un guidage d'air additionnel. Pour tenir compte de la résistance d'écoulement de l'air qui diminue en direction du milieu de la grille, on perce les trous 43 dans les grilles avec des dimensions relativement grandes sur le côté extérieur, mais avec des dimensions de plus en plus réduites en direction du milieu de la grille. On obtient ainsi, en principe, que la même quantité d'air s'écoule sur le côté et au centre en direction de la grille. I1 est évidemment également possible de modifier en correspondance les diamètres des barreaux de la grille. Lors de la mise en service de l'appareil de combustion, il est générale- ment nécessaire d'effectuer initialement un préchauffage ou un préallumage, cette opération pouvant, par exemple, être réalisée à l'aide d'une lance à gaz. Après que le mélange d'excréments et de litières a été enflamme on insuffle de l'air. I1 se forme alors une flamme ou une zone d'incandescence qui assure le preséchage du produit placé sur la grille sous la forme d'une couche d'environ 20 à 50 cm d'epaisseur, de sorte que, après chute des cendres au travers de la grille, on dispose d'une autre matière combustible. Les grandes quantités d'eau produites pendant le processus de combustion ne doivent pas se condenser, de sorte qu'on doit surveiller la température de sortie des gaz de combustion. Aussitôt que cette température tombe en dessous d'une valeur de consigne,qui est par exemple de 1800C, on enclenche le ventilateur d'introduction d'air dans les tuyaux de grille, ou bien on le fait tourner plus rapidement. A l'aide de l'échangeur de chaleur placé en aval, il est possible de récupérer et de réutiliser des quantités importantes d'énergie qui sont contenues dans le mélange à brûler. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessusa qui peuvent faire l'objet de nombreuses variantes. REVENDICATIONS 1.- Procédé de combustion d'un combustible formé de mélanges d'excréments et de litières qui sont produits lors de l'elevage intensif d'animaux, à l'aide d'une installation de combustion dans laquelle le combustible est placé sur une grille pendant le processus de combustion, procédé caractérisé en ce que la combustion du combustible est maintenue par insufflation d'air dans la couche de combustible placée sur la grille à une distance d'environ 8 a 20 cm du côté supérieur de la grille. 2.- Appareil de combustion pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion (4) pourvue d'au moins une grille (25), qui se compose au moins en partie de tuyaux, qui sont pourvus d'orifices de ventilation (40) auxquels sont reliés de petits tubes de ventilation (41) placés en saillie. 3.- Appareil de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que les petits tubes de ventilation sont pourvus d'une tôle déflectrice d'air (42) placée à leur extrémité supérieure libre et dégageant un orifice latéral. 4.- Appareil de combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sens de soufflage de petits tubes de ventilation adjacents (41) sont a chaque fois orientés perpendiculairement à l'axe du tuyau correspondant de la grille mais cependant dans des directions opposées. 5.- Appareil de combustion selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans la zone de l'extrémité supérieure libre, il est prévu à chaque fois au moins un trou (43) dans la-paroi du petit tube (41). 6.- Appareil de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre de combustion est entourée, au moins dans la zone de la grille, par une double paroi (32) a canal d'air intercalaire (61). 7.- Appareil de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce qu il est prévu sur la grille (25) un plateau ou fond secoueur mobile (45). 8.- Appareil de combustion selon l'une des revendications 2 et 7, carac térisé en ce qu'il est prévu en dessous de la grille principale (25) une grille de post-combustion (46). 9.- Appareil de combustion selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est prévu en aval de la chambre de combustion (4) un échangeur de chaleur (5) qui est traversé par les gaz de combustion.