Brevet FR2519737A1 — publié le 19830718

La pressente invention se réfère aux fours en général et plus particulièrement à ceux destinés à l'incinération des ordures ménagères ou autres. Ces fours, et notamment ceux de relativement petites dimensions utilisés par les agglomérations de faible importance, posent des problèmes qui n'ont pas toujours été résolus de façon satisfaisante. Le premier est celui de l'allumage. Certes dans les fours importants l'on prévoit en général des brûleurs auxiliaires puissants qu'on fait fonctionner pendant un temps suffisant pour que la masse de matières chargez dans ie four soit mise en combustion de façon régulière dans une partie importante de son volume et puisse ainsi continuer à brûler après extinction des brûleurs. Mais dans les petites installations l'on ne trouve souvent pas de tels brûleurs et l'allumage doit se faire à l'aide de déchets inflammables (bois, cartons, papiers, etc...). Dans le cas de matières renfermant beaucoup d'eau il s'avère parfois très difficile à réaliser. Une autre difficulté laquelle on se heurte dans les fours du genre en question réside dans l'irrégularité de la composition des matières qui sont parfois relativement sèches et brûlent aisément avec un tirage naturel, tandis que dans d'autres cas ou à d'autres époques elles sont très humides et tendent å former des voûtes que l'air traverse malaisément.On comprend qu'on puisse alors tenter de remédier à cet état de choses à l'aide d'un tirage forcé, mais dans les fours de faible puissance où la chambre de combustion est de volume réduit et est prévue pour une température maximale relativement modérée, le tirage forcé risque de faire appaître des zones surchauffées qui, lorsqu'elles sont voisines des parois, grilles ou autres accessoires, peuvent provoquer des détériorations entrainant des frais de réfection importants et répétés. On connatt par exemple un type de four å ordures qui comprend une chambre de combustion 9 profil en V divisée en deux par une grille verticale double propre à réaliser une cheminée d'amenée d'air dans la masse des matières à brûler. Avec le tirage naturel cette grille comporte une longue dure de service, tandis que si l'on applique au four le tirage forcé, elle est rapidement détériorée par les surchauffes locales. L'invention vise à remédier à ces inconvénients de la technique antérieure et à permettre d'établir un four de petites dimensions, de construction simple, d'allumage facile, qu'on puisse faire fonctionner à tirage forcie toutes les fois que cela peut être exigé par la nature des matières à brûler, sans qu'il en résulte un risque excessif d'endommagement. Conformément à l'invention il est prévu des moyens permettant d'amener au ventilateur de soufflage une certaine proportion de gaz de combustion prélevés dans la partie haute du four. L'expérience montre que lorsqu'un four du genre ici considéré fonctionne normalement en tirage forcé modéré, les gaz qui sortent de la masse des matières, c'est à dire ce qu'on peut appeler les gaz de combustion, renferment encore une assez forte proportion d'oxygène. Leur recyclage partiel appauvrit donc assez peu le pouvoir comburant du mélange soufflé par le ventilateur de tirage. Mais en sens inverse les gaz recyclés sont relativement chauds et ils réchauffent donc le mélange précité ; lors de l'allumage du four cet effet bénéfique l'emporte largement sur l'inconvénient d'une un peu moins forte teneur en oxygène. Finalement, moyennant un réglage convenable du recyclage, le four s'allume rapidement et dans de bonnes conditions sans exiger une quantité excessive de produits d'allumage. Par contre, lorsque le four tend à s'emballer sous l'effet du tirage forcé et qutil y apparaît des zones à trop haute température, la proportion d'oxygene dans les gaz de combustion va en diminuant, de sorte que le mélange soufflé devient de moins en moins comburant, ce qui tend à ralentir l'allure. Il y a donc en quelque sorte un phénomène d'auto-réglage sags intervention d'un opérateur. Il est toutefois à noter que bien entendu le degré de recyclage peut toujours être modifie, même pendant le fonctionnement du four, ce qui permet par exemple de l'adapter aux caractéristiques d'une nouvelle charge de matières. Suivant une autre caractéristique de l'invention, dans un four du type précité, à profil en V avec double grille verticale centrale définissant un passage ou cheminée d'amenée d'air, on réalise cette grille sous la forme d'une armature dans laquelle on monte des barreaux amovibles, cette armature étant faite de montants verticaux et de traverses horizontales, et chaque barreau reposant par son extrémité inférieure dans une dépression d'une traverse, alors. que son extrémité supérieure est logée dans une creusure d'une autre traverse avec un jeu vertical suffisant pour qu'on puisse soulever le barreau considéré et le dégager de la première traverse. Les montants de l'armature de grille sont préférablement tubulaires et ils amènent par tirage naturel de l'air intérieur réchauffé dans le haut de la chambre de combustion pour faire disparattre l'oxyde de carbone résiduel, tandis qu'en même temps le courant d'air ainsi créé à leur intérieur les refroidit et limite leurs risques d'endommagement par surchauffe. Cette amenée d'air dans le haut du four peut être complétée par deux carneaux disposés contre les parois verticales d'extrémité du four et qui communiquent avec au moins une traverse supérieure perforée prévue au-dessus de la grille. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe transversale partielle d'un four suivant l'invention. Fig. 2 en est une coupe longitudinale. Fig. 3 reproduit à plus grande échelle un détail de la coupe de fig. 1, savoir les carneaux de soufflage et la partie inférieure de la grille verticale double, le plan de coupe correspondant à l'axe d'un montant de celle-ci. Fig. 4 est une vue semblable à celle de fig. 3, mais correspondant à un plan transversal situé entre deux montants. Fig. 5 montre en coupe verticale à grande échelle le détail d'un carneau vertical latéral et des traverses supérieures auxquelles il est associé. Fig. 6 est une coupe suivant VI-VI (fig. 5). Le four représenté de façon générale en fig. 1 et 2 comprend une charpente 1 avec des piliers 2, qui supporte deux parois inclinées en vis-à-vis suivant un profil en V. Chaque paroi comprend dans le bas une partie 3 faite en tôles reposant sur des traverses 4, puis dans le haut un revêtement réfractaire 5. Pour achever de délimiteur la chambre de combustion il est prévu deux parois d'extrémité verticales 6 (fig. 2), elles aussi réalisées en un matériau approprié, qui se raccordent à des murs longitudinaux 7 s'entendant de part et d'autre de ladite chambre. Celle-ci est bien entendu surmontée d'une voûte appropriée qui définit un espace supérieur aboutissant à un dépoussiéreur lui-meme relié à une cheminée. Dans cette voûte sont ménagées des ouvertures de chargement. Tout cet agencement étant bien connu et ne concernant pas l'invention, on ne l'a pas représenté au dessin annexe. Ainsi que l'indique fig. 1, les deux parois du V de profil s'arrêtent dans le bas à une certaine distance l'une de l'autre en ménageant entre elles un espace intermédiaire au milieu duquel est disposée une grille verticale médiane double désignée par la référence générale 8. Comme le montre bien le détail de fig. 3, cette grille comprend une armature faite de montants 9 et de traverses 10.Les traverses 10 reposent deux à deux, de part et d'autre des montants 9, sur des consoles 11 fixes à ceux-ci, de façon à pouvoir être aisément retirées et échangées en cas de detérioration. Chacune d'elles comporte des creusures profondes lOa s'ouvrant vers le bas et des dépressions lOb de profondeur nettement moindre débouchant vers le haut, ces creusures et dépressions étant verticalement alignées pour recevoir deux rangées de barreaux amovibles 12 dont les extrémités inférieures reposent dans les dépressions, leurs extrémités supérieures restant engagées dans les creusures. On comprend qu'en soulevant un barreau 12, on le dégage de la dépression correspondante, ce qui permet de l'enlever en le retirant obliquement vers le bas. On notera que la console qui se trouve dans le bas de la grille est établie sous la forme de deux traverses supplémentaires 13 qui s'détendent sur toute la longueur de la grille et auxquelles les montants 9 peuvent être fixés de façon positive, si on le désire. Les montants 9 sont prévus tubulaires. Ils s'engagent dans le bas à l'intérieur de manchons 14 retenus entre deux carneaux de soufflage 15. Leurs extrémités supérieures sont de leur côté maintenuesentre deux traverses supérieures 16 (fig. 6) dont on exposera également plus loin le détail et le rôle. Les carneaux 15, qui dans l'exemple représenté sont à profil hexagonal irrégulier à deux côtés verticaux, sont reliés par une canalisation 17 au refoulement d'un ventilateur de tirage forcé 18 (fig. 2), disposé à l'extérieur de la chambre de combustion. Ils ne sont totalement fermés qu'au droit des montants 9 (fig. 3), tandis qutentre ceux-ci ils comportent dans le haut une ouverture ou fente 15a (fig. 4) surmontée d'un rebord horizontal 15b orienté vers le plan vertical moyen X-X' de la chambre de combustion. Comme le montrent les flèches, les courants d'air sortant des fentes sont guidés l'un contre l'autre par les rebords et se combinent en un courant vertical.Pour que ce courant s'écoule uniquement dans le sens ascendant entre les deux grilles élémentaires définies par les barreaux 12, on a prévu de fermer dans le bas l'espace délimité par les carneaux de soufflage 15 par le moyen d'un volet 19 solidaire d'un axe de manoeuvre 20, ce volet s'appliquant contre des prolongements 15c des parois des carneaux, et étant normalement maintenu en position fermée par des verrous pivotants 21 répartis sur sa longueur et montés sur un axe cù-in 22. Ainsi que l'indique bien fig. 3 le volet 19 comporte une perforation l9a au droit de chacun des montants 9, de sorte que même lorsqu'il est à la position fermée, ceux-ci peuvent être parcourus par un courant d'air de tirage naturel qui s'élève à partir de l'espace 23 (fig. 2) situé sous la chambre de combustion.Comme montré, cet espace 23 est délimité par une maçonnerie extérieure 24 qui entoure l'ensemble du four en restant à distance des parois de celui-ci, cette maçonnerie comportant des ouvertures telles que 25 qui la mettent en communication avec l'atmosphère ambiante. Ainsi les montants 9 sont constamment refroidis et ils amènent de l'air additionnel dans le haut de la chambre de combustion pour brûler l'oxyde de carbone et les autres gaz combustibles qui se dégagent de certaines zones des ordures en combustion où l'air soufflé à partir de la grille double 8 n'arrive pas en quantité suffisante. Bien entendu cela suppose que lorsque le four fonctionne normalement en tirage forcé, il n'existe aucune surpression dans le haut de la chambre de combustion, la pression de soufflage du ventilateur 18, convenablement prévu à cet effet, étant uniquement utilisée pour compenser la perte de charge de l'air et des gaz brûlés à travers la masse des matières chargées dans le four. Contre chacune des parois d'extrémité 6 de la chambre de combustion il est prévu un carneau vertical 26 (fig. 2), fermé dans le bas, mais qui communique avec une tubulure latérale 27, laquelle traverse la paroi adjacente 6 pour s'ouvrir dans l'espace intermédiaire compris entre ladite chambre et la maçonnerie extérieure 24. L'extrémité supérieure de chaque carneau 26 est également fermée, mais un peu au-dessous de celle-ci, et comme montré fig. 5 et 6, le carneau est traversé horizontalement de part en part par les traverses supérieures 16, prévues tubulaires et à extrémités fermées. La paroi inférieure de chacune de celles-ci comporte une fenêtre 16a dans sa partie intérieure au carneau 26 considéré, tandis que sa paroi supérieure est percée de perforations 16b.On comprend que là encore il s'établit dans les carneaux 16 un effet de tirage naturel qui amène également de l'air additionnel dans le haut de la chambre de combustion, tout en refroidissant les carneaux et les traverses. Par ailleurs la canalisation d'aspiration 28 (fig. 2) du ventilateur 18 comporte deux entrées, savoir une première 29, constituée par une tubulure qui, traversant la maçonnerie extérieure 24, permet de prélever de l'air extérieur, et une autre 30 réalisée sous la forme d'une conduite coudée qui s'élève à un niveau supérieur à celui de la chambre de combustion pour s'ouvrir horizontalement dans l'espace délimité par la voûte (non représentée) du four en vue d'assurer un recyclage partiel des gaz chauds de combustion. Pour permettre le réglage, il est prévu une vanne papillon 31 dans la tubulure 29 et une autre 32 dans la conduite 30. D'autre part la canalisation de refoulement 17 du ventilateur 18 comporte une vanne basculante 33 susceptible de prendre une première position (position horizontale) pour laquelle elle obture une ouverture 17a prévue dans la paroi de la canalisation précitée, et une seconde (position verticale) où elle découvre cette ouverture en obturant la canalisation et en mettant ainsi les carneaux 15 en communication avec l'espace 23. On notera encore que pour permettre de charger le four par une ouverture centrale (non figurée) sans risque de remplir l'espace intérieur de la grille double 8, tel qu'il est délimité par les barreaux 12, on a prévu au-dessus des traverses supérieures 16 un déflecteur 34 (fig. 1) s'étendant sur toute la longueur de la chambre de combustion. On notera enfin que dans le bas du V formé par les parois latérales de la chambre de combustion, l'espace ménagé entre la paroi considérée et la grille double 8 est obturé par une grille horizontale inférieure 35 portée.par un chariot 36 et qui est destinée à retenir les matières en combustion pour les empêcher de s'effondrer dans l'espace 23, tout en permettant l'évacuation des scories et autres solides. Le fonctionnement est le suivant En régime normal à tirage forcé, le ventilateur 18 fonctionne. La vanne basculante 33 étant en position horizontale, le courant gazeux qu'il refoule parvient aux carneaux 15 et sort de ceux-ci par les fentes 15a (fig. 4). Le volet 19 étant fermé, ce courant parvient à l'intérieur de la grille double 8 et se répartit dans la masse de matières à incinérer. Le courant gazeux refoulé par le ventilateur 18 est un mélange d'air extérieur provenant de l'entrée 29 (fig. 2) et de gaz de combustion recyclés par la conduite 30, la proportion de ces deux composants se réglant par les vannes 31 et 32, qu'on pourrait d'ailleurs remplacer par une vanne unique disposée sous forme de volet commutateùr à la jonction des deux entrées 29 et 30. tors de l'allumage du four, les gaz de combustion renferment une très forte proportion d'oxygène résiduel. Ils n'affaiblissent donc que très peu le pouvoir comburant du mélange soufflé, mais par contre ils élèvent susbtantiellement sa température et l'expérience montre que cela facilite grandement le processus. Il est à noter d'ailleurs que l'effet de tirage qui apparat dans les montants 9 et les carneaux 26 contribue a enicMi en oxygene les gaz se trowant dans le haut du four. Une fois I'allu as rEali86s le recyclage des gaz de combustion assure un auto-réglage, car des que le four tend à s'emballer, ces gaz sont de plus en plus pauvres en oxygène de sorte que le ventilateur souffle un mélange de moins en moins comburant, ce qui ralentit la combustion. On remarquera que lors du fonctionnement en tirage forcé l'aspiration des gaz par l'entrée de recyclage 30 tend à abaisser la pression au-dessus de la chambre de combustion et à éviter ainsi qu'un soufflage exagéré ne provoque dans cette zone une surpression s'opposant au tirage à travers les montants 9 et les carneaux 26. Lorsqu'on désire fonctionner en tirage naturel, on arrête le ventilateur 18, on relève la vanne 33 pour découvrir l'ouverture 17a et fermer la canalisation de refoulement 17, et l'on abaisse le volet 19. L'air de l'espace 23 peut alors accéder directement à la grille double 8. Dans l'un et l'autre cas les cendres sont recueillies dans l'espace 23, celles qui ont pu traverser les barreaux 12 de la grille double 8 s'évacuant aussi dans cet espace, soit directement lors du fonctionnement en tirage naturel, le volet 19 étant ouvert, soit moyennant ouverture momentanée de ce volet quand on marche en tirage forcé. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'a titre d'exemple, et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. C'est ainsi, par exemple, que si dans l'exemple représenté l'on a prévu les traverses inféreures 13 pour rigidifier l'ensemble des deux carneaux 15 et constituer avec ceux-ci une poutre de support de la grille double 8, on pourrait établir lesdits carneaux de façon telle qu'ils suffisent à jouer ce roule de poutre, les traverses 13 étant alors remplacées par une série de consoles 11. Par ailleurs on peut dans certains cas prévoir dans la chambre de combustion des cloisons verticales transversales pour diviser et guider la masse de matières chargée dans le four en l'obligeant à descendre régulierement. De telles cloisons peuvent notamment se fixer aux consoles 11 de la grille double 8. REVENDICATIONS 1. Four pour l'incinération des ordures ménagères et autres, du genre pouvant fonctionner à tirage forcé et comportant à cet effet un ventilateur de soufflage d'air dans le bas du foyer ou chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (30, 32) permettant de recycler dans le ventilateur une fraction des gaz de combustion qui sortent de la chambre, de manière d'une part à réchauffer l'air comburant aux faibles allures, et notamment lors de l'allumage, quand les gaz de combustion renferment encore une proportion d'oxygène notable, d'autre part à éviter toute élévation exagérée de la température intérieure aux fortes allures, lorsque cette proportion tend à s'annuler. 2. Four suivant la revendication 1, du genre dans lequel la chambre de combustion est à profil général en V avec grille verticale médiane à deux éléments définissant entre eux un espace ou cheminée d'amenée d'air, caractérisé en ce que sous cette grille (8) sont prévus deux carneaux de soufflage (15) disposés parallèlement l'un à l'autre, symétriquement par rapport au plan vertical moyen de la grille double, chacun de ces carneaux comportant une sortie d'air (15a) orientée vers redit plan (X-X') et l'espace qui sépare les deux carneaux (15) étant fermé dans le bas (en 19) de sorte que les deux nappes d'air sortant desdits carneaux se rencontrent et s'écoulent en direction du haut dans la cheminée définie par la grille double (8). 3. Four suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fermeture du bas de l'espace qui sépare les deux carneaux de soufflage d'air est assurée par un volet (19) susceptible d'être ouvert d'une part pour éliminer les cendres ou déchets ayant traversé les éléments de la grille double, d'autre part pour permettre le tirage naturel quand on désire ne pas fonctionner en tirage forcé. 4. Four suivant 1'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la grille double (8) comprend une armature centrale formée de montants (9) et de traverses (10), tandis qu'il est prévu des barreaux (12) fixés de façon amovible aux traverses (10) précitées. 5. Four suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les montants (9) de l'armature de la grille double (8) sont tubulaires et amènent par tirage naturel de l'air extérieur additionnel dans la partie haute de la chambre de combustion. 6 Four suivant l'ensemble des revendications 3 et 5, caractérisé en ce que les montants tubulaires (9) se prolongent vers le bas entre les carneaux de soufflage (15) et se terminent contre le volet de fermeture (19), au droit d'ouvertures correspondantes (19a) prévues dans celui-ci. 7. Four suivant la revendication 4, caractérisé en ce que chaque barreau amovible (12) repose par son extrémité inférieure dans une dépression (lOb) d'une traverse (10) et est engagé par son extrémité supérieure dans une creusure (lOs) d'une autre traverse, cette creusure étant de hauteur suffisante pour qu'en soulevant le barreau on puisse le dégager de la dépression de la première traverse. 8. Four suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les parois verticales (3, 5) qui ferment les extrémités du profil en V de la chambre de combustion portent des carneaux verticaux (26) dont les extrémités inférieures sont reliées à l'extérieur, tandis que leurs extrémités supérieures communiquent avec au moins une traverse perforée (16) disposée au-dessus de la grille médiane (8) pour amener de l'air additionnel dans la partie haute de la chambre de combustion.