Brevet FR2521693A1 — publié le 19830819

L'invention a trait à un four destiné à l'incinération d'ordures, constitué d'une trémie surmontée d'une voûte avec au moins un orifice obturable de chargement et une souche de cheminée, la trémie se rétrécissant vers le bas jusqu'à des grilles d'entrée d'air de combustion, éclipsables pour l'éva- cuation des cendres, des moyens de tuyère s'étendant vertica- lement des grilles à la voûte Pour l'incinération autonome des ordures, c'est-à-dire sans utilisation d'un combustible d'appoint tel que du mazout, les fours doivent être conçus pour permettre une combustion auto-entretenue jusqu'à épuise- ment des matières combustibles, pratiquement sans intervention d'un conducteur de four. Dans le cadre de l'incinération autonome, c'est-à-dire sans utilisation d'un combustible d'appoint tel que du mazout, d'ordures avec un tonnage correspondant à l'ébouage d'une ville de quelques milliers d'habitants, les fours doivent être conçus pour permettre une combustion autoentretenue jusqu'à épuisement des matières combustibles, sans que cette combus- tion exige la présence active d'un conducteur de four pendant toute la durée d'un cycle d'incinération. Les ordures, et notamment les ordures dites ménagères, constituent un combustible à teneur élevée en eau (couramment %), à granulométrie irrégulière mais souvent faible, et à consistance souvent molle, en sorte de former des agglomérats sous l'effet d'accumulations, ces agglomérats empêchant une circulation d'air dans la masse Or l'auto-entretien de combus- tion, en raison de la quantité d'eau à évaporer, demande une circulation active de gaz dans la masse, air comburant et fumées Par ailleurs il est nécessaire que le foyer actif soit localisé et alimenté progressivement en combustible Aussi donne-t-on fréquemment au four la forme d'une trémie surmontée d'une voûte par o s'effectue le chargement des ordures, et qui porte une ou plusieurs cheminées, tandis que des grilles d'entrée d'air de combustion sont disposées à la base de la trémie Le foyer est formé au voisinage de ces grilles, et au fur et à mesure de la combustion les ordures des couches supé- rieures dans la trémie viennent remplacer les ordures consu- mées, en descendant sous leur propre poids. En vue d'améliorer la circulation des gaz, on dispose parfois des tuyères verticales à parois ajourées, qui s'éten- dent des grilles à la voûte; une partie de l'air comburant peut parvenir au foyer par la partie inférieure des tuyères, en plus de l'air qui passe à travers les grilles, tandis que les fumées trouvent un passage vers la cheminée par la partie supérieure des tuyères. La demande de brevet français N O 80 16601, publiée sous le numéro 2 482 260, décrit un four de ce genre Ce four com- porte une trémie en tronc de pyramide à base carrée, les grilles étant tenues par un support en croix pour former la petite base de la trémie Quatre cheminées ou tuyères tubulai- res à parois à barreaux sont tenues par des goussets sur les parois de la trémie pour se placer, au-dessus des branches du support en croix, sensiblement tangentes aux centres des côtés de la petite base La voûte est constituée d'un caisson paral- lélépipédique avec un orifice de chargement central et deux souches de cheminées latérales. Le four décrit dans cette demande de brevet semble ne répondre qu'imparfaitement aux conditions exposées plus haut; notamment les tuyères cylindriques forment obstacle à la des- cente régulière des ordures vers le foyer, et ont tendance à diviser ce foyer en quatre zones de combustion Les ordures disposées au centre de l'ensemble des cheminées se consument avec retard et éventuellement incomplètement On notera d'ail- leurs que cette demande prévoit un injecteur central de gaz comburant pulsé pour améliorer la combustion dans la zone cen- trale. Il semble apparent que ce type de four, dont la capacité varie comme le cube des dimensions linéaires, est limité en gamme de capacité, l'extrapolation géométrique conduisant à des structures de foyer désadaptées Par ailleurs les charpen- tes décrites ne se prêtent pas à supporter des fours de capaci- té notablement augmentée. L'invention a donc pour objectif un four pour l'incinéra- tion d'ordures o la combustion s'entretient d'elle-même aisé- ment, qui est de conduite simple, et dont la capacité peut être adaptée aux besoins sans nouvelle étude importante. A cet effet l'invention propose un four destiné à l'inci- nération d'ordures et constitué d'une trémie surmontée d'une voûte avec au moins un orifice obturable de chargement et une souche de cheminée, la trémie se rétrécissant vers le bas jus- qu'à des grilles d'entrée d'air de combustion, éclipsables pour l'évacuation des cendres, des moyens de tuyère verticale à parois ajourées s'étendant des grilles à la voûte, caracté- risé en ce que la trémie comporte des parois verticales paral- lèles, deuxs les inclinées perpendiculairement aux parois ver- ticales de part et d'autre d'un plan de symétrie vertical du four, une tuyère plate étendue suivant ledit plan de symétrie entre les deux parois verticales, et deux grilles basculantes disposées chacune entre la base de la tuyère et celle d'une sole respective, avec une inclinaison inverse de celle de cette sole, la voûte étant constituée de deux capots ouvrant au-dessus des soles de part et d'autre d'une souche centrale de cheminée qui surplombe la tuyère. Grâce aux dispositions énoncées ci-dessus, le foyer s'éta- blit symétriquement de part et d'autre de la base de la tuyère, à proximité des grilles; d'une façon générale, les deux moi- tiés du four, de part et d'autre du plan de symétrie, fonc- tionnent chacune à l'image de l'autre Les ordures peuvent glisser sans obstacle le long des soles pour alimenter régu- lièrement le foyer; les grilles, en raison de leur inclinai- son se trouvent sensiblement normales à la direction moyenne de progression des ordures, de sorte que les cendres viennent se déposer sur elles en lits d'épaisseur assez régulière. Accessoirement le basculement des grilles permet l'évacuation facile des cendres, même chargées en mâchefers Sous un autre aspect on notera que, sauf à proximité immédiate des parois verticales de la trémie, il n'y a pratiquement pas d'échanges thermiques à travers un plan vertical parallèle à ces parois. Dans ces conditions les variations de largeur du four ne per- turbent pas les répartitions de température dans les plans ver- ticaux longitudinaux; autrement dit la marche du four n'est pas perturbée par une modification de capacité obtenue par élargissement du four. De préférence la souche de cheminée comporte un caisson parallélépipédique muni de chicanes de dépoussiérage démonta- bles. De préférence également les parois de tuyère sont consti- tuées de paires de barreaux verticaux réunis par des étresil- lons normaux au plan de symétrie du four, avec deux doublages en grillage partant de la base de la tuyère tandis que l'autre s'arrête à mi-hauteur. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un four selon l'invention; la figure 2 représente une vue latérale partielle du four; la figure 3 représente schématiquement la disposition des chicanes dans la souche de cheminée; la figure 4 est une coupe, perpendiculairement au plan de symétrie du four, d'une tuyère. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figures 1 et 2, le four comporte une charpente métallique 1, de forme sensiblement parallélépipédique, reposant sur un radier 4 et disposée entre un terreplein 2, et un voile de béton 3, parallèle au soutènement vertical du terre-plein Le four proprement dit comprend une trémie 5, limitée latérale- ment par deux parois verticales 14 et 14 ' adjacentes respecti- vement au voile 3 et au soutènement du terre-plein 2 et lon- gitudinalement par deux soles inclinées 11 et Il', perpendicu- lairement au plan de la figure 1, et symétriques par rapport à un plan vertical, perpendiculaire au plan de la figure 1, qui constitue plan général de symétrie du four Les soles Il et il' sont supportées par des séries de piliers llb, ll'b reposant sur le radier 4 Le four comprend, audessus de la trémie 5, une voûte 6, formée de deux capots 10 et 10 ', en forme de coins, disposés respectivement au-dessus des soles 11 et Il', et sus- ceptibles d'être relevés, en pivotant autour d'axes O l a, 1 l'a au voisinage de l'extrémité supérieure des soles Il et Il', et correspondant sensiblement à l'arête du coin Les capots 10 et ', en position de fermeture sont rabattus de part et d'autre d'une souche 7, qui supporte une cheminée 9 terminée par une mitre 9 a. Une tuyère plate 13, reposant sur des poinçons 30, est disposée suivant le plan de symétrie du four, en s'étendant d'une paroi verticale 14 à l'autre 14 ', les parois de tuyère étant ajourées comme il sera précisé en référence à la figure 4. A la base de la trémie 5, entre la base de la tuyère 13 et celles des soles 11 et 11 ' sont disposées des grilles bas- culantes 12 et 12 ', inclinées en sens inverse de la sole cor- respondante, avec une pente telle que le plan médiateur des grilles 12, 12 ' soit sensiblement bissecteur du dièdre formé par la tuyère 13 et la sole correspondante On notera que les extrémités inférieures des soles 11 et 11 ' sont constituées par des grilles fixes lla et ll'a. Sous les grilles 12 et 12 ' prennent place des bennes à cendres 15 et 15 ' Par ailleurs on précise que les parois ver- ticales 14, 14 ' et les soles 11, 11 ' sont garnies d'un brique- tage réfractaire, à l'exception bien entendu des grilles fixes lla, ll'a. Comme on le verra mieux sur la figure 3, dans la base de la cheminée 9, juste au-dessus de la souche 7, est inséré un caisson 8, muni de chicanes 22 La base 20 du caisson 8 vient s'accrocher sur des ailes soudées à l'armature du caisson 7, par l'intermédiaire d'ensembles 21, 21 ' de barres et de biel- lettes, en dessous de gorges o viennent se placer des rebords terminaux des capots 10 et 10 '. La tuyère 13, comme représenté figure 4, repose sur un jeu de poinçons 30, ceux-ci étant munis d'oreilles 31, 31 ' à leur extrémité supérieure, pour l'articulation des grilles bas- culantes Cette tuyère est constituée par des faisceaux d'échel- les en acier réfractaire composées de deux montants 33 reliés par des étresillons 33 a, 33 b, 33 c, ces derniers étant dirigés suivant l'épaisseur de tuyère Les échelles sont maintenues par des barrettes en fonte réfractaire 32, étendues suivant la largeur de la tuyère, perpendiculairement au plan de figure. Ainsi les montants 33 d'échelles forment des barreaux verti- caux, disposés dans le plan des parois de la tuyère 13 Ces montants servent d'appui à un premier doublage 35, 35 ', formé de panneaux de grillage à maille carrée en fil d'acier réfrac- taire, ce doublage 35, 35 ' s'étendant sur sensiblement toute la hauteur de la tuyère De plus, sur la moitié inférieure en- viron de la hauteur de tuyère, on dispose un second doublage 36, 36 ', également en grillage à maille carrée. Le four est prévu pour un fonctionnement au rythme de l'enlèvement des ordures ménagères, correspondant, dans l'exem- ple choisi, à un tonnage journalier de l'ordre de 25 m 3 Avant de commencer le chargement en ordures, en début de matinée, on prépare sur les grilles 12, 12 ' des lits d'allumage avec du papier et du petit bois, débris d'emballages Les capots 10 et ' étant relevés (comme le capot 10 figure 1), les bennes au- tomobiles, s'approchant sur le terre-plein 2, déversent les ordures dont elles sont chargées sur les soles 11 ou ll'; l'espace entre les capots relevés 10 et 10 ' et la souche de cheminée 7 correspond au gabarit des bennes Le chargement du four étant terminé et sensiblement équilibré de part et d'autre de la tuyère 13, les capots 10 et 10 ' sont rabattus, et les lits d'allumage mis à feu Au départ la tuyère 13 fonctionne principalement en évacuation des fumées vers la voûte 6 et la cheminée 9, les foyers s'établissant dans les zones immédiate- ment situées au-dessus des grilles 12, 12 ', lla, ll'a Puis les fumées évaporant l'eau des masses d'ordures traversées, les foyers s'étalent en talus contre la partie inférieure de la tuyère; par ailleurs, les gaz de distillation des ordures qui accompagnent les fumées viennent brûler au contact de l'air qui pénètre par la base de la tuyère sous l'effet du tirage. Dès lors que le foyer s'est bien établi, la combustion des ordures s'entretient d'elle-même, la masse d'ordures des- cendant le long de la sole, ainsi que le long de la tuyère, de sorte que la direction moyenne de descente est sensiblement normale aux grilles 12, 12 ' Les cendres se forment en lits d'épaisseur à peu près régulière Pratiquement la combustion de la charge du four, commencée en début d'après-midi, se ter- mine en fin de soirée, de sorte qu'en début de matinée du len- demain il est possible d'évacuer les cendres refroidies. La nature et la forme des ordures entraînent la formation de cendres volantes en quantité notable; ces cendres seront arrêtées en majeure partie par le caisson'à chicanes 8 Le ra- monage de ce caisson 8 est aisé après démontage. On remarquera que le four a une structure plane parallèle- ment au plan de la figure 1 Il en résulte que, sauf au contact immédiat des parois verticales 14 et 14 ', il n'y a pas de gra- dient de régime dans une direction transversale (normale au plan de figure 1) L'invariance de régime selon cette direc- tion transversale implique que la modification des dimensions du four dans cette direction ne modifie que la capacité du four, et donc ne modifie pratiquement pas le cycle de combustion ou l'efficacité de celle-ci. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution. R E V E N D C A T I O N S 1 Four destiné à l'incinération d'ordures et constitué d'une trémie ( 5) surmontée d'une voûte ( 6) avec au moins un orifice ( 10, 10 ') obturable de chargement et une souche ( 7) de cheminée ( 9), la trémie se rétrécissant vers le bas jusqu'à des grilles ( 12, 12 ') d'entrée d'air de combustion, éclipsables pour l'évacuation des cendres, des moyens de tuyère ( 13) ver- ticale à parois ajourées s'étendant des grilles à la voûte, ca- ractérisé en ce que la trémie ( 5) comporte des parois ( 14,14 ') verticales parallèles, deux soles ( 11, 1 l') inclinées perpen- diculaires aux parois ( 14, 14 ') verticales de part et d'autre d'un plan de symétrie vertical du four, une tuyère ( 13) plate étendue suivant ledit plan de symétrie entre les deux parois ( 14, 14 ') verticales, et deux grilles basculantes -( 12, 12 ') disposées chacune entre la base de la tuyère ( 13) et celle d'une sole ( 11, 11 ') respective, avec une inclinaison inverse de celle de cette sole ( 11, 11 '), la voûte ( 6) étant constituée de deux capots ( 10, 10 ') ouvrant au-dessus des soles ( 11, 11 ') de part et d'autre d'une souche ( 7) centrale de cheminée ( 9) qui surplombe la tuyère ( 13). 2 Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que la souche ( 7) de cheminée supporte un caisson ( 8) parallélépi- pédique muni de chicanes ( 22) de dépoussiérage et démontable. 3 Four selon une des revendications I ou 2, caractérisé en ce que les parois de tuyère ( 13) sont constituées de paires de barreaux ( 33) verticaux réunis par des étresillons ( 33 a, 33 b, 33 c) normaux audit plan de symétrie du four, avec deux doublages ( 35, 36) en grillage partant de la base de la tuyère ( 13) et l'un ( 35) s'étendant sensiblement sur toute la hauteur de la tuyère tandis que l'autre ( 36) s'arrête à mi-hauteur. 4 Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites soles ( 11, 11 ') sont garnies de briquetages. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits capots ( 10, 10 ') s'ouvrent par basculement autour d'un axe ( 10 a, 10 'a)-proche de l'extrémité supérieure de la sole correspondante. 6 Four selon une quelconque des revendications i à 5, fondé sur un radier ( 4) horizontal, caractérisé en ce que des armatures (llb, ll'b, 30) prenant appui sur le radier ( 4) sont disposées en soutien des soles ( 11, 11 ') d'une part et de la tuyère ( 13) d'autre part.