Brevet FR2474650A1 — publié le 19810731

-1- La présente invention concerne l'incinération, avec ré- cupération d'énergie, de déchets, notamment de déchets de caout- chouc d'ateliers de rechapage. Cependant l'invention peut également être utilisée avec de bons résultats pour de nombreux autres com- bustibles et déchets sous forme pulvérulente ou liquide, tels que des déchets de matière plastique, de la poussière de charbon ou de la biomasse, cette dernière également en mélange avec de l'eau ou du fuel, ainsi que des solvants, goudrons etc... Les déchets de caoutchouc, en particulier les pneuma- tiques de véhicules usagés posent un problème de manipulation très important, en partie du fait que le.caoutchouc est en général difficile à brûler, manipuler ou recycler et en partie du fait que la quantité de tels déchets est très importante. On a déjà essayé différents procédés tant pour détruire le caoutchouc que pour le recycler, tels que l'incinération, le refroidissement et le broya- ge, la pyrolyse, le recyclage comme revêtement de route, l'usage pour des remblais etc... Les installations d'incinération existantes sont conçues pour l'incinération de pneumatiques entiers ou découpés. Par inci- nération on entend la combustion-oxydation à la flamme avec un excès d'air et non la pyrolyse ou la combustion en lit fluidisé. La combustion à la flamme dans les installations d'incinération exis- tantes a lieu à des températures de 800-10000C avec un grand excès d'air, et généralement en deux étapes. Dans la première étape, le caoutchouc est soumis à la pyrolyse dans la zone d'alimentation et dans la seconde étape le gaz de pyrolyse est soumis à une combus- tion définitive dans une zone dans laquelle de l'air supplémentaire et du combustible auxiliaire sont ajoutés. Les fours peuvent être du type à chambre unique ou cham- bre double, par exemple des fours possédant une alimentation d'air dans différentes zones, des fours rotatifs ou des fours possédant des grilles mobiles suivies par des rebrûleurs, etc... De telles installations d'incinération existantes cons- tituent des unités très importantes. Cependant lorsqu'il s'agit de. traiter des quantités plus faibles de déchets de caoutchouc, par exexuple des déchets d'ateliers de rechapage ou analogues il est nécessaire de disposer d'installations d'incinération relativement petites qui, en partie, peuvent assurer une utilisation avantageuse des déchets de caoutchouc et en partie fournir une proportion importante de l'énergie nécessaire pour faire fonctionner l'ins- -2- tallation. Les ateliers de rechapage produisent des déchets de caoutchouc en une quantité pouvant atteindre de 50 jusqu'à plu- sieurs centaines de kilos/heure. Les déchets de caoutchouc se présentent sous la forme d'un mélange de fine poudre de caoutchouc et de bandes de caoutchouc longues d'environ 1-2 cm découpées dans les vieux pneumatiques dans.une machine appropriée. Les déchets de caoutchouc présentent un grand contenu énergétique, une valeur calorifique d'environ 9500 kcal/kg et peuvent ainsi très bien convenir à la régénération de vapeur et analogue. Sur le plan technique il serait naturellement parfaite- ment possible de brûler les déchets de caoutchouc dans une instal- lation d'incinération de type existant, mais pour celà on devrait ajouter le coût du transport du caoutchouc, et l'installation de rechapage perdrait le contenu énergétique relativement important des déchets de caoutchouc. Pour l'incinération de déchets de caoutchouc dans une installation selon l'invention, ces déchets de caoutchouc sont tout d'abord broyés en granulés possédant une dimension de particules maximale de 1,5-2 mm. Les déchets de caoutchouc broyés sont-ensuite aspirés depuis la sortie du broyeur à travers un ventilateur de transport et poussés dans un four o ils sont enflammés par des gaz de fumée recyclés et soumis à une combustion définitive. Le four possède une construction particulière de façon à retenir les gra- nulés de caoutchouc suffisamment longtemps pour qu'une combustion complète puisse avoir lieu à un niveau élevé de turbulence et à, une température élevée de 1200-13000C. Le four, qui est le coeur de l'installation d'incinéra- tion, est en principe un four de type cyclone possédant une trappe d'admission d'air perfectionnée pour l'addition de l'air de combus- tion. De cette manière un reflux soigneusement contrôlé dans le four est obtenu ce qui permet le retour des gaz de combustion chauds vers la zone primaire de façon à favoriser l'inflammation et la combustion définitive. Le reflux est provoqué par la trappe d'admission d'air qui introduit l'air de combustion avec une composante essentielle- ment tangentielle et offre ainsi la possibilité d'un temps de séjour prolongé pour les particules de combustible. La période de séjour est également accrue par l'intermédiaire d'un étranglement de sortie important. Une telle construction de four rend possible une combustion d'environ 90% du caoutchouc broyé à une taille -3- maximale de 1,5-2 mm dans un dispositif de coupe rotatif conven- tionnel. L'incinération a lieu à 1200-13000C et avec une quantité d'air en excès inférieure à celle normalement utilisée pour le caoutchouc. Les fours conventionnels de type cyclone sont très sensibles à la taille des particules qui doit être inférieure à 0,5 mm. La vitesse de combustion du combustible est également un para- mètre important. Le caoutchouc constitue un combustible qui, malgré sa forte valeur calorifique, présente une vitesse de combustion faible, entre autres du fait que les liaisons polymériques du caoutchouc sont dures à détruire, ces liaisons provenant de la vulcanisation par le soufre. La liaison vers la chaudière est également importante pour l'installation d'incinération, le four et la chaudière coopé- rant en un ensemble intégré. Grâce au fait que le four est monté tangentiellement sur la partie inférieure de la chaudière, on crée une rotation et une turbulence qui provoquent une combustion défini- tive de la suie restante et des particules plus grandes. Grâce à la température élevée de combustion, on peut utiliser une chaudière plus petite pour le même effet de sortie que dans le cas d'une installation d'incinération de caoutchouc conventionnelle. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple une installation selon l'inven- tion en se référant au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente schématiquement une installation de récupération d'énergie pour des déchets de caoutchouc et, la figure 2 est un four pour l'incinération principale des particules de caoutchouc. Les déchets de caoutchouc sont soufflés par ventilateur dans une machine de production de déchets, non représentée, à travers un tuyau 1 dans un cyclone 2 et sont collectés dans un silo 3. Les déchets de caoutchouc sont extraits du silo par un disposi- tif d'alimentation vibrant à vis 4 vers un broyeur 5 qui broie le caoutchouc pour produire des granulés possédant une dimension de particules maximale de 1,5 - 2 mm. Le caoutchouc broyé est aspiré depuis la sortie du broyeur par un ventilateur de transport 6 et est poussé dans le four 7 dont la construction est décrite plus en détail ci-dessous. Les granulés de caoutchouc sont enflammés dans le four 7 et maintenus dans celui-ci jusqu'à ce que leur combustion définitive ait lieu. Le four est disposé tangentiellement à l'extrémité inférieure d'une -4- chaudière à vapeur 9 de telle manière que les produits d'échappe- ment chauds soient amenés à tourner intensément ce qui a pour résultat une combustion définitive des granulés. Le système à fuel principal et auxiliaire 10 et l'incinération sont commandés par un équipement de commande 11. Les produits d'échappement chauds engen- drent de la vapeur et sont amenés,à la purification des gaz de fumée 12 à une température de 2000C. Dans le dispositif de purification de gaz de fumée, les gaz de fumée sont aspirés au moyen d'un ventilateur 13 de gaz de fumée à travers un dispositif multicyclone ou filtre de suppression pour la séparation des particules. La quantité de gaz de fumée est réglée par un modérateur sur le côté aspiration et les gaz-de fumée purifiés sont évacués par une haute cheminée 14. Un exemple de four convenant à l'installation selon l'in- vention est représenté à la figure 2. Les déchets de caoutchouc sont soufflés à l'intérieur à travers un injecteur 15 et l'air qui a été préchauffé en liaison avec le refroidissement de l'enveloppe 21 est ajouté tangentiellement à une pression d'environ 1400 mm de colonne d'eau à travers un tuyau 16. L'air passe à travers une trappe 17 o il prend un mouvement de rotation autour d'un tamis 18 possédant la forme d'un sablier. Les-déchets de caoutchouc et l'air sont mélangés dans le tamis 18 et le mélange continue à se déplacer en un trajet hélicoldal 19 à travers le four 7. Grâce au fait que l'injecteur 15 est placé à proximité de la ligne centrale du four, les particules les plus légères sont entraînées dans le mouvement hélicoldal tandis que les particules plus lourdes vont directement vers la zone de reflux. Elles y sont enflammées et brûlées jusqu'à une taille leur permettant d'être entraînées dans le mouvement hélicoldal. On obtient ainsi une répartition sélective de la poudre. Un brûleur à fuel 8, un brûleur d'allumage et un dispositif de contrôle de flamme débouchent dans le tamis hélicoïdal. Les déchets de caoutchouc sont enflammés par les flammes chaudes juste en- dessous du bord du tamis, et grâce au trajet hélicoïdal, restent dans le four pendant un temps important. Les gaz de fumée sont soufflés à travers un orifice 20 dans le four et tangentiellement dans la partie de fond de la chaudière 9. La combustion définitive des matières non brûlées, principalement les plus grandes parti- cules, a alors lieu dans la chaudière lorsque les gaz de fumée se déplacent vers le haut dans le trajet hélicoïdal. A titre d'exem- ple, on a réalisé une installation ayant les caractéristiques suivantes 24765 - silo de déchets 2,7 m3 - broyeur 100 Kg/h, 4 kW - ventilateur de transport 600 mm de hauteur d'eau, 4 kW - poudre de caoutchouc 9.500 kcal/kg, dont environ kg/h ont été utilisés conme combustible dans le four à pleine charge. Les gaz de fumée pénétrant dans la chaudière possèdent -. une température d'admission de 12000C et une température de sortie de 200'C, la chaudière possédant une surpression de 6 bar et fournissant 500 kg/h de vapeur saturée. Le ventilateur de combustion a fourni une pression d'en- viron 1400 mm de hauteur d'eau à une capacité de 800 m3/h. L'échap- pement a été purifié dans un filtre multicyclone possédant huit cyclones et a été évacué à travers une cheminée de 15 mètres de haut. Pour la combustion des granulés de caoutchouc, les ven- tilateurs de combustion et de gaz de fumée sont d'abord mis en marche, après quoi les brûleurs au fuel principal et auxiliaire du four sont mis en marche. Après une brève période de chauffage, le vibreur du silo, la vis d'alimentation et le broyeur sont mis en marche et le ventilateur de combustion commence à souffler le caoutchouc dans le four. Le brûleur au fuel est simultanément coupé. La combustion se prolonge jusqu'à ce que la pression maxi- male de fonctionnement de la vapeur soit obtenue, après quoi la commande automatique ferme le vibreur, la vis d'alimentation et le broyeur et met en marche le brûleur au fuel de façon à maintenir la pression. Lorsque l'on n'utilise pas de vapeur, le brûleur est interrompu complètement. Afin de pouvoir être utilisé lors du fonctionnement de l'atelier et être susceptible de fonctionner uniquement ou princi- palement au fuel lorsque la quantité de déchets de caoutchouc est insuffisante, le brûleur au fuel possède deux positions réglables commandées par des valves électriques, les positions étant comman- dées par la pression de vapeur. L'installation possède à la fois des commandes manuelle et automatique, toutes les commandes étant actionnées depuis une armoire de commande comportant des coupe- circuits, des contacteurs, des lampes d'indication, des lampes d'alerte et des interrupteurs d'urgence. AL/GB/50736 -6- La commutation entre la pleine charge et la charge faible a lieu à l'aide de dispositifs de contrôle de pression sur la chau- dière qui ouvrent et ferment une valve magnétique provoquant un étranglement dans le conduit de fuel. Un conduit de dérivation avec un étranglement de faible charge est parallèlement couplé à la valve magnétique. Un modérateur marche/arrêt commandé à l'air avec des positions d'extrémité réglables contrôle la quantité d'air de combustion pour la pleine charge et respectivement la faible charge. La transition depuis la combustion au fuel seul à la com- bustion avec des déchets de caoutchouc est obtenue par une commu- tation dans l'armoire de commande. De la même manière, comme pré- cédepment, la pression de la chaudière-commande le four entre la pleine charge et la faible charge mais au lieu d'ouvrir la valve magnétique de pleine charge pour le fuel, l'installation de trai- tement de caoutchouc est démarrée et fournit au four la quantité de caoutchouc correspondant à la quantité de fuel pour la pleine charge. - 7- REVENDICATIONS 1. Procédé d'incinération de déchets relativement incom- bustibles de caoutchouc et de matière plastique avec incinération totale et utilisation du contenu énergétique, caractérisé par le fait que les déchets sont, finement divisés en petites particules dans un broyeur, les particules sont mélangées à l'air en une suspension qui est soufflée sous pression élevée dans un four de type cyclone avec une période de séjour longue pour les particules et des turbulences importantes, ledit four étant muni d'un brûleur au fuel dans lequel les particules sont presque complètement inci- nérées, les gaz de fumée formés étant extraits à une température élevée d'environ 1200'C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'installation fonctionne avec le fuel comme seul carbu- rant à faible charge et que les déchets sont ajoutés lorsqu'un supplément de vapeur est nécessaire. 3. Installation d'incinération de déchets de caoutchouc et de matière plastique, caractérisée par le fait qu'elle comprend un silo pour les déchets (3), une vis de dosage (4) pour fournir la quantité désirée de déchets à un broyeur (5) pour un broyage en petites particules, un ventilateur de transport (6) pour souffler les particules mélangées avec de l'air admis tangèntiellement dans un four (7) possédant un système de combustion auxiliaire (10) et un équipement de commande (11), ledit four (7) étant conçu pour retenir les déchets pendant une période de temps longue avec une admission tangentielle d'air à travers une trappe (17) autour d'un tamis (18) en forme de sablier vers un trajet de déplacement héli- coïdal (19) à travers le four (7) en direction de la sortie (20), une chaudière à vapeur (9) sur la partie inférieure de laquelle le four est monté tangentiellement, et un purificateur de gaz de fumée (12) avec un ventilateur (13) et une cheminée (14) pour l'évacua- tion des gaz de fumée.