Brevet FR2512521A1 — publié le 19830311

La présente invention est relative à un nouveau procédé et à un nouveau dispositif qui permettent de brûler dans des brûleurs de puissance moyenne, (par exemple ayant une consommation allant jusqu'à 50 kg à l'heure) des déchets combustibles présentant un pouvoir calorifique comparable à celui des combustibles habituellement utilisés. On dispose en effet souvent dans diverses industries de tels déchets qui compte tenu de leur nature ne sont jusqu'alors d'aucune utilité et doivent être évacués ou stockés dans des conditions coûteuses. On obtient par exemple de tels déchets lorsque l'on procède à l'oxydation du brai de houille en présence d'un plastifiant à une température de 250 à 3000C. I1 se dégage en effet lors de cette opération un résidu anthraquinonique sous forme d'une suspension de produits huileux dans un flux gazeux qui, traité dans un cyclone, permet la récupération d'un déchet huileux fortement visqueux qui est pratiquement solide à une température inférieure à 600C et qui est en fusion apparente à une température de l'ordre de 1200C avec cependant certains constituants en surfusion qui ont tendance à cristalliser. Bien que combustibles de tels résidus se révèlent tout à fait inutilisables dans des brûleurs de puissance moyenne, en particulier dans les brûleurs à coupelles rotatives, même lorsque l'on procède à un préchauffage de ces déchets avant de l'injecter dans le brûleur. La présente invention a pour objet un procédé pour utiliser un déchet combustible huileux qui devient apparemment liquide à une température supérieure à environ 1000C, en particulier un résidu anthraquinonique dont certaines fractions ont tendance à cristalliser même à une température nettement supérieure à celle de la fluidisation du résidu, dans un brûleur à coupelle rotative de puissance moyenne, caractérisé par le fait que le déchet combustible est maintenu à une température constante supérieure à sa température de fusion apparente dans une cuve entourée d'un circuit de fluide caloporteur ; que la totalité du circuit de circulation du déchet combustible est entourée d'une enveloppe contenant une circulation de fluide caloporteur qui est maintenu à ladite température constante ; que le débit du déchet combustible envoyé dans le brûleur est déterminé par une pompe de circulation à vitesse de rotation variable débouchant sur un diaphragme calibré ; et que l'air primaire envoyé dans le brûleur à coupelle rotative subit un préchauffage pour être porté à la même température que le déchet combustible qui est envoyé dans le brûleur. Conformément à un mode de mise en oeuvre préféré du procédé selon l'invention, on utilise pour le stockage du déchet une cuve qui est entourée d'une enceinte contenant un liquide qui est lui-même maintenu à la température voulue par circulation d'un fluide caloporteur qui se déplace par exemple dans des serpentins. Selon l'invention il est également préférable de réguler à la même température que celle du déchet combustible les températures auxquelles sont maintenus les circuits de canalisation du déchet combustible, ainsi que l'air primaire qui est envoyé dans la coupelle du brûleur. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention il est souhaitable d'utiliser un diaphragme calibré dont la forme soit telle qu'il perturbe le moins possible 1 tecoulement hydrody- namique du déchet combustible qui le traverse. I1 est, de même, souhaitable de réaliser tout le circuit de circulation du déchet de manière à éviter les turbulences qui perturberaient son homogénéité et favoriseraient les cristallisations. Conformément à une mise en oeuvre préférée de l'inven- tion, l'on place sur le circuit du déchet combustible un filtre qui élimine toutes les particules solides qui peuvent être transportées ainsi que tous les cristaux qui peuvent se former à l'intérieur du courant de déchet liquide, ce filtre étant placé le plus près possible du brûleur. Selon l'invention, le circuit de circulation du déchet combustible doit être réalisé de manière à avoir un écoulement laminaire ou encore de manière à ce que son coefficient de Reynolds soit inférieur à environ 2000. I1 est important selon l'invention, que la régulation du débit du déchet combustible qui est envoyé au brûleur s'effectue à l'aide d'un diaphragme calibré de dimensions déterminées et d'une pompe à vitesse de rotation variable, car les dispositifs de vanne à trois voies généralement utilisés pour ce type de régulation ne permettent pas d'obtenir des résultats satisfaisants. La présente invention a également pour objet un dispo sitif pour alimenter un brûleur à coupelle rotative de puissance moyenne à l'aide d'un déchet combustible se présentant sous forme apparemment liquide à une température supérieure à environ 100 OC, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison : une cuve destinée à contenir le déchet qui est entourée d'une enveloppe contenant un fluide caloporteur ; un circuit d'alimentation du brûleur en déchet combustible qui est lui-même entouré d'une enveloppe contenant un fluide caloporteur une pompe à vitesse variable placée sur le circuit d'alimentation du brûleur en déchet combustible et débouchant sur un diaphragme calibré ; un échangeur thermique permettant un préchauffage de l'air primaire envoyé au brûleur à une température voisine de la température à laquelle le déchet combustible g est injecté ; un dispositif de régulation maintenant la cuve et le circuit de circulation du déchet combustible à une température constante et réglant la vitesse de rotation de la pompe en fonction de la capacité calorifique du déchet et de la quantité d'air admise dans le brûleur. ' Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise un diaphragme calibré comportant un orifice central sur lequel un tronc de cône se raccorde de part et d'autre par des surfaces arrodies, l'angle des génératrices des cônes par rapport à l'axe de la canalisation étant par exemple d'environ 520. Conformément à un mode de réalisation particulier de l'invention, on assure la continuité de l'enveloppe qui contient le fluide caloporteur autour du circuit de circulation du déchet combustible et pour permettre un démontage des différentes pièces du circuit on réalise le passage d'une section d'enveloppe à la section d'enveloppe adjacente par l'intermédiaire d'un tube flexible. Les enveloppes qui contiennent le fluide caloporteur sont elles-mêmes avantageusement calorifugées pour éviter les pertes de chaleur et pour permettre une meilleure stabilité dans la régulation de température. Conformément à un mode de réalisation -préféré de l'invention, la partie fixe du brûleur à partir de laquelle le combustible est amené à l'intérieur de la coupelle tournante est divisée en deux zones, l'une d'entre elles qui occupe la majeure partie de la périphérie contient un volume pour la circulation du fluide caloporteur de manière à maintenir le déchet combustible à la même température jusqu'au moment ou il est appliqué sur la coupelle, l'autre zone comportant une simple canalisation non réchauffée pour permettre l'alimentation du brûleur à l'aide d'un combustible conventionnel. Conformément à un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, l'alimentation en air primaire du brûleur s'effectue à l'aide d'une buse d'aspiration de forme conique convergente qui est solidaire du brûleur et qui débouche audessus de la canalisation d'amenée de l'air primaire qui traverse le préchauffeur. De cette manière on peut facilement passer d'une manière quasi-instantanée d'une alimentation en air primaire préchauffé à une alimentation en air primaire à température ambiante en obturant à l'aide d'un simple registre l'arrivée d'air primaire préchauffé, l'air primaire non réchauffé s'engageant dans la buse chimique par l'espace annulaire qui est situé entre la périphérie externe de la-canalisation d'amenée d'air primaire préchauffé et la section d'entrée de la buse. Conformément à un mode de réalisation avantageux de l'invention, on réalise une protection de la cellule photoélectrique s'assurant du contrôle de la flamme en dérivant une faible fraction de l'air secondaire qui est envoyé dans le brûleur pour que cette fraction faible de l'air secondaire circule autour de la cellule photoélectrique de contrôle de la flamme et évite qu'elle ne soit portée à une température excessive. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention et pour fournir une description plus détaillée de ses différentes caractéristiques on va en décrire maintenant plusieurs mode de réalisation représentés à titre d'illustration sur le dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique en coupe du brûleur et de son dispositif d'alimentation en air primaire et en air secondaire, la figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle de la coupelle rotative du brûleur de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du diaphragme calibré, la figure 5 est une vue en coupe du dispositif qui permet une rotation axiale de la canalisation du déchet combus tible pour notamment traverser l'axe d'articulation du brûleur sur le four et la figure 6 est une vue en coupe selon VI-VI de la figure 3. On a schématiquement représenté sur la figure 1 un dispositif selon l'invention. On y voit la cuve 1 qui contient le déchet combustible 2 sous forme liquide et qui est entouree d'une enveloppe 3 délimitant un espace 4 qui contient un fluide maintenu à température constante par le serpentin 5 dans lequel circule un fluide caloporteur. On a schématiquement représenté sur le dessin comment le déchet combustible peut être amené à partir de deux sources par les pompes 6 et 7. On a également schématiquement représenté le dispositif à flotteur 8 qui permet grâce à l'indicateur 9 de connaître la quantité de déchet combustible contenu dans la cuve et qui assure la commande de la vanne 10 et le dispositif d'alarme lorsque la cuve est trop pleine. Conformément à l'invention une pompe rotative à débit variable 12 envoie le déchet combustible à travers un filtre 13 sous une pression mesurée par un manomètre 14. Cette pompe 12 est de préférence du type à vortex basse pression. Le déchet combustible aboutit à l'intérieur de la coupelle 15 du brûleur après être passé par le diaphragme calibré 16 où il est envoyé sous une pression mesurée par le manomètre 17. Le surplus du déchet combustible est recyclé dans la cuve 1 par la canalisation 18. On a également représenté sur la figure 1 la canalisation 19 d'alimentation en combustible normal et le dispositif de régulation 20 qui permet le passage automatique d'un type d'alimentation à l'autre et qui assure la sécurité de fonctionnement du brûleur. Tous les appareils et les canalisations qui viennent d'être décrits sont entourés d'une enceinte contenant un fluide caloporteur. Cette enceinte a été simplement représentée schématiquement en 21 en différents points du circuit. On a aussi représente sur la figure 1 l'arrivée d'air primaire 22 qui a été préalablement préchauffé dans l'échangeur 23 à l'aide d'un fluide caloporteur. On a enfin représenté sur le circuit d'alimentation en déchet combustible le thermomètre 24 qui permet de contrôler la température à laquelle le déchet combustible est envoyé dans la coupelle (15) du brûleur. On voit sur la figure 1 que conformément à l'invention, le déchet combustible est maintenu dans la cuve de stockage 1 et sur l'ensemble de son parcours jusqu'à la coupelle 15 du brûleur à une température constante déterminée par la régulation du fluide caloporteur contenu dans l'enveloppe qui entoure la cuve et les canalisations, que le débit du déchet combustible amené au brûleur est déterminé par la vitesse de rotation de la pompe 12 qui débite à travers un diaphragme calibré 16 et que l'air primaire envoyé au brûleur est préchauffé à une température qui peut être maintenue constante. On retrouve sur la figure 2 la coupelle 15 du brûleur qui est schématiquement représenté. Ce brûleur de type conventionnel comporte un arbre 25 entraîné en rotation par un moteur 26 qui entraîne également une soufflante 27 pour l'air primaire qui débouche autour de la coupelle, en circulant aussi bien à l'extérieur qu'à l'intérieur de cette dernière. Des ailettes 28 communiquent à l'air primaire une rotation qui facilite la combustion. Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, l'alimentation en air primaire se fait par l'intermédiaire d'une buse 29 de forme tronconique qui est située audessus d'une canalisation 30 reliée à une soufflerie 31 par l'intermédiaire d'un échangeur de température 32 qui permet d'envoyer à l'intérieur de la canalisation 30 un air primaire préchauffé à une température déterminée. Comme on le remarque clairement sur la figure 2, l'ex trémité de la canalisation 30 a un diamètre inférieur à celui de la buse 29 et se trouve légèrement décalé vers le bas, de manière à permettre une alimentation automatique et immédiate en air primaire à température ambiante lorsque à l'aide du registre 33 l'on obture la canalisation 30. On a également schématiquement représenté sur la figure 2 la soufflante 34 qui envoie l'air secondaire sur la périphérie du brûleur ainsi que la canalisation 35 qui prélève de l'air secondaire en surpression après la soufflante 34 pour l'envoyer en 36 autour de la cellule photoélectrique qui surveille l'existence de la flamme. On retrouve la coupelle 15 sur la figure 3 où l'on voit à plus grande échelle le dispositif d'alimentation en combustible. La partie supérieure de la figure 3 représente l'alimentation 37 en déchet combustible conformément à l'invention alors que la partie inférieure représente la canalisation 38 en combustible normal. Comme on le voit sur les figures 3 et 6 la canalisation 37 en déchet combustible passe à l'intérieur d'une chambre annulaire 39 à l'intérieur de laquelle circule un fluide calorifique qui est amené par la canalisation 40 et évacué par la canalisation 41 de manière à maintenir la pièce 42 qui entoure l'axe de la coupelle 15 à une température proche de la température du dechet combustible, au voisinage de l'endroit où la canalisation 37 débouche à l'intérieur de la coupelle 15. Les canalisations 40 et 41 sont isolées thermiquement à l'aide d'une calorifugation non représentée sur le dessin. De même comme on peut le voir sur la figure 6 la canalisation 37 est entourée d'une gaine isolante 43 à l'intérieur de laquelle se trouve un espace 44 destiné à recevoir un fluide caloporteur maintenu à température constante de manière à conserver la même température au déchet combustible jusqu'à son point d'introduction à l'intérieur de la coupelle 15. On voit sur la partie inférieure des figures 3 et 6 la canalisation d'amenée 38 du combustible normal qui aboutit à l'intérieur de la coupelle en passant par une partie de la pièce 42 qui ne comporte aucune chambre de réchauffage. I1 en résulte que lorsque à l'aide du registre 33 on obture l'arrivée d'air primaire chaud, l'air primaire à température ambiante qui est aspiré entre la canalisation 30 et la buse 29 peut refroidir rapidement la partie de la pièce 42 qui entoure la canalisation 38 ce qui évite toute vaporisation prématurée du combustible normal. On a représenté sur la figure 4 une vue en coupe détaillée du diaphragme 16. Comme on le voit clairement ce diaphragme est constitué par un orifice central calibré cylindrique 43 qui est prolongé de part et d'autre par des surfaces coniques 44 de manière'à rattraper le diamètre interne de la canalisation 45. L'angle que font les génératrices des cônes 44 avec l'axe de la canalisation 45 est de préférence voisin de 520 Les surfaces côniques 44 se raccordent par des courbes à la surface interne de la canalisation 45 et à la surface cylindrique de l'ouverture du diaphragme 43. Comme on l'a schématiquement représenté, le diaphragme 16 est maintenu entre deux brides 46 serrées par des boulons telsque 47. Les sections de canalisation 45 où circule le déchet combustible sont entourées par une gaine 48 de manière à déterminer une enceinte'périphérique 49 où circule un fluide caloporteur dont la température est régulée de manière à maintenir le déchet combustible à une température constante choisie. De part et d'autre des brides 46 on a prévu des raccords 50 réunis entre eux par un tube métallique flexible 51 de manière à assurer la continuité de l'enceinte qui contient le fluide caloporteur tout en permettant un démontage facile du dispositif. De cette manière l'on maintient également le corps du diaphragme calibré 16 à la même température que le déchet combustible. On a représenté sur la figure 5 comment on peut réaliser une canalisation articulée selon son axe, notamment de faire passer la canalisation de déchet combustible dans l'axe qui assure le pivotement de la partie du brûleur qui comporte la coupelle 15 par rapport au corps du four ou de la chaudière. On a en effet intérêt conformément à l'invention, à monter cet ensemble qui comporte le moteur 26, l'axe 25, la coupelle 15, la soufflante 27 et sa buse d'aspiration 29, autour d'un axe vertical déporté latéralement par rapport à l'axe de la coupelle 15 de manière à pouvoir dégager cet ensemble par pivotement ce qui permet d'accéder à la coupelle pour la nettoyer ou pour effectuer d'autres réglages. On remarque à ce sujet, que le fait que la partie inférieure de la buse 29 soit au dessus de l'extrémité de la canalisation 30 permet ce pivotement sans aucun démontage mécanique. On a rèprésenté en coupe sur la figure 5 comment une extrémité 45a de la canalisation qui contient le déchet combustible est montée par un dispositif de presse-étoupe 52 à l'intérieur d'un bloc 53 de manière à ce que ce dernier puisse pivoter autour de l'axe de la canalisation 45a. L'autre partie de la canalisation 45b est solidaire du bloc 53. Comme cela a été expiiqué au sujet de la figure 4, les canalisations 45a et 45b sont entourées d'une gaine 48 de manière à délimiter un volume 49 qui assure la circulation du liquide caloporteur qui maintient le déchet combustible à la bonne température. Une gaine 48a est réalisée autour de la pièce 53 où une circulation du fluide caloporteur est assurée par l'intermédiaire de canalisations flexibles 51 d'une part entre le bloc 53 et la partie de canalisation 45a ce qui permet la rotation et d'autre part entre le bloc 53 et la pièce 45b ce qui permet un démontage facile. Les gaines 48 et 48a ainsi que les canalisations flexibles 51 sont entourées d'isolants de manière à éviter toute déperdition calorifique. Le dispositif qui vient d'être décrit permet de réaliser l'alimentation du brûleur d'une manière parfaite à partir de déchets combustibles de composition très hétérogène qui sont solides ou très fortement visqueux à des températures inférieures à environ 600C et qui ont une liquéfaction apparente à une température supérieure à 1000C par exemple à environ 1200C, ces déchets ayant une tendance naturelle à ne pas rester homogènes et à cristalliser certains de leurs constituants dont les températures de fusion peuvent dépasser 2000C. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention à l'aide du dispositif décrit, on assure la régulation de la température de la cuve de stockage 1 et de l'ensemble des canalisations qui assurent la circulation du déchet combustible à une valeur constante de 1200C et on utilise un filtre 13 qui retient toutes les particules dont les dimensions sont supérieures à 75 microns. On réalise un préchauffage de l'air primaire à l'aide de l'échangeur thermique 23 qui envoie cet air dans le brûleur à la température de 1200C. A l'aide du dispositif qui a été décrit on peut faire fonctionner indifféremment au fuel conventionnel ou à l'aide d'un déchet combustible du type décrit, le passage de l'un à l'autre se faisant d'une manière totalement automatique et sans aucun incident lorsque la chaudière est en état de fonctionnnement. Le procédé et le dispositif qui viennent d'être décrits permettent de réaliser des économies de combustible très importantes, compte tenu du fait que les industries qui produisent de tels déchets utilisent généralement des chaudières ou des fours à brûleur qui sont habituellement alimentés en combustibles conventionnels. Le fluide qui circule dans les gaines entourant la cuve 1, et les canalisations de déchet combustible ainsi que dans l'échangeur 23 qui assure le chauffage de l'air primaire, peut être chauffé soit par récupération de chaleur sur d'autres installations soit si cette première hypothèse n'est pas envisageable à l'aide d'une installation de chauffage distincte qui n'est nécessaire qu'au moment du démarrage. I1 est bien évident que le mode de mise en oeuvre et les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus ne présentent aucun caractères limitatifs et qu'ils pourront recevoir toutes modifications désirables sans sortir pour cela du cadre de l'invention. En particulier il est clair que l'invention n'est pas limitée à un déchet combustible d'une origine particulière. De même les circuits d'alimentation du brûleur à coupelle rotative peuvent être realisés de manière différentes ainsi d'ailleurs que les dispositifs de régulation pour le maintient à la bonne température du déchet combustible. REVENDICATIONS 1. Procédé pour utiliser un déchet combustible huileux qui devient apparemment liquide à une température supérieure à environ 1000 dans un brûleur à coupelle rotative de puissance moyenne, caractérisé par le fait que le dechet combustible est maintenu à une température constante supérieure à sa températurede fusion apparente dans une cuve (1) entourée d'un circuit de fluide caloporteur (4) ; que la totalité du circuit de circulation (21) du déchet combustible est entourée d'une enveloppe (48) contenant une circulation de fluide caloporteur qui est maintenue à ladite température constante ; que le débit du déchet combustible envoyé dans le brûleur (15) est déterminé par une pompe de circulation (12) à vitesse de rotation variable débouchant sur un diaphragme calibré (16) ; et que l'air primaire envoyé dans le brûleur à coupelle subit un préchauffage (23) pour être porté à la même température que le déchet combustible. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise pour le stockage du déchet une cuve (1) qui est entourée d'une enceinte (3) contenant un liquide (4) qui est lui-même maintenu à la température voulue par circulation d'un fluide caloporteur qui se déplace par exemple dans des serpentins (5). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les circuits de canalisations (21) du déchet combustible ainsi que l'air primaire qui est envoyée dans la coupelle du brûleur sont maintenus à la même température que celle du déchet combustible. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on fait passer le déchet combustible à l'intérieur d'un filtre (13) qui est situé le plus près possible du brûleur (15). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le circuit de circulation du déchet combustible est réalisé de manière à avoir un écoulement laminaire avec un coefficient de Reynolds inférieur à environ 2.000. 6. Dispositif pour alimenter un brûleur à coupelle rotative de puissance moyenne selon le procédé objet de l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaison : une cuve (1) destinée à contenir le déchet qui est entouré d'une enveloppe (3) contenant un fluide caloporteur.(4) ; un circuit d'alimentation (21) du brûleur (15) en déchet combustible qui est lui-même entouré d'une enveloppe (48) contenant un fluide caloporteur- (49) ; une pompe à vitesse variable (12) placée sur le circuit d'alimentation du brûleur en déchet combustible et débouchant sur un diaphragme calibré (16) ; un échangeur thermique (23) permettant un préchauffage de l'air primaire envoyée au brûleur (15) à une température voisine de la température à laquelle le déchet combustible y est injecté ; un dispositif de régulation maintenant la cuve et le circuit de circulation du déchet combustible à une température constante et règlant la vitesse de rotation de la pompe en fonction de la capacité calorifique du déchet et de la quantité d'air admise dans le brûleur. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le diaphragme calibré (16) est constitué par un orifice central (43) sur lequel un tronc de cône (44) se raccorde de chaque côté par des surfaces arrondies. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les génératrices des troncs de cônes (44) font avec l'axe de la canalisation un angle d'environ 520. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que les différentes sections de l'enveloppe qui contient le fluide caloporteur autour du circuit de circulation du déchet combustible sont réunies les unes aux autres par l'intermédiaire de tubes flexibles (51). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 9, caractérisé par le fait que l'enveloppe (48) qui contient le fluide caloporteur autour du circuit de circulation (45) du déchet combustible sont calorifugées pour éviter les pertes de chaleur. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé par le fait que la partie fixe du brûleur à partir de laquelle le combustible est amené à l'inte- rieur de la coupelle tournant (15) est divisée en deux zones, l'une d'entre elles qui occupe la majeure partie de la périphérie contenant un volume (39) pour la circulation du fluide caloporteur de manière à maintenir le déchet combustible à la même température jusqu'au moment où il est appliqué sur la coupelle (15), l'autre zone comportant une simple canalisation non réchauffée (38) pour permettre l'alimentation du brûleur à l'aide d'un combustible conventionnel. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé par le fait que l'alimentation en air primaire du brûleur s'effectue à l'aide d'une buse d'aspiration (29) de forme cônique convergente qui est solidaire du brûleur et qui débouche au-dessus de la canalisation d'amenée (30) de l'air primaire qui traverse le préchauffeur (32). 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé par le fait qu'une dérivation (35) d'une faible fraction de l'air secondaire qui est envoyé au brûleur est amenée à circuler autour de la cellule photo-électrique (35) qui controle la flamme.