Brevet FR2550316A1 — publié le 19850208

L'invention concerne des incinérateurs et spécialement des incinérateurs verticaux fixes du type à récupération. Des incinérateurs fixes utilisant le principe de récupération de chaleur sont connus dans la technique. Le brevet US 3 895 918 décrit un appareil d'incinération comportant une chambre centrale de combustion à haute température qui communique avec trois sections d'échange de chaleur ou davantage disposées autour d'elle Chaque section d'échange de chaleur de cet appareil comprend un grand nombre d'éléments de retenue de chaleur confinés entre deux parois de retenue perforées, pratiquement verticales, souvent fabriquées, dans le passé, en métal. Des vannes d'entrée et de sortie sont associées à chaque 15 section à son sommet et à son fond et l'écoulement de gaz était généralement horizontal Dans la demande de brevet américain No 06/391 110 déposée le 23 juin 1982, on décrit des sections d'incinération orientées verticalement comme étant disposées soit en des configurations 20 en coin adjacentes, soit en une configuration généralement en L Des conduits d'entrée et de sortie étaient prévus ainsi que des vannes d'entrée et de sortie correspondantes, associées à chaque section, vers le fond de celle-ci, dans les espacements situés sous les couches 25 d'échange de chaleur Une chambre de combustion commune était située au-dessus de toutes les sections L'écoulement de gaz était principalement vertical à travers chaque section verticale et horizontal à travers la chambre de combustion Dans le document cité, afin d'évi30 ter que les effluents industriels ne court- circuitent pratiquement la zone de combustion à haute température, on introduisait l'effluent entrant, en un jet à vitesse relativement grande, dans la partie supérieure de la zone de combustion On y procédait en prévoyant, dans un couvercle de chaque section, une ouverture spécialement conçue à cet effet Le jet augmentait la turbulence dans cette zone en vue d'un meilleur mélange et aidait à empêcher un écoulement latéral relativement non entravé, non traité ou incomplètement traité, en bas de la 5 zone, d'une section au sommet de la section adjacente. Bien que l'invention décrite dans le document cité soit utile pour donner le résultat désiré, la présente invention offre d'autres alternatives attrayantes, aussi bien par leur simplicité relative que 10 par leur efficacité, au lieu de ces modes d'exécution antérieurs. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig 1 est une élévation latérale partiellement en coupe et partiellement arrachée d'un mode d'exécution 20 de l'invention. La fig 2 est un plan de l'appareil de la fig 1, suivant la ligne de coupe II-II. La fig 3 est un plan partiellement arraché de l'appareil de la fig 4 qui est un deuxième mode d'exé25 cution de l'invention. La fig 4 est une élévation latérale partiellement en coupe et partiellement arrachée de l'appareil de la fig 3. Aux fig 1 et 2, la référence générale 10 indique 30 un mode d'exécution de l'invention qui comprend plusieurs sections d'incinération 12, 13 et 14, disposées en ligne Dans le mode d'exécution représenté, elles ont chacune une structure générale en auge présentant une section généralement caténaire Chacune comprend une gaine métallique extérieure 12 a, 13 a ou 14 a doublée d'un revêtement ou couche de matière réfractaire 12 b, 13 b et 14 b Chacune présente des bords horizontaux supérieurs reposant sur des poutres en I ou fixés à celles-ci, les poutres étant fixées au sommet de piliers 11 A l'inté5 rieur de chacune des sections 12, 13 et 14 se trouve une couche 15 d'éléments céramiques de retenue de chaleur, supportée par des plaques perforées métalliques respectives 12 c, 13 c et 14 c En dessous de chacune des plaques perforées 12 c, 13 c et 14 c se trouve un espacement 28 avec lequel des conduits respectifs d'entrée et de sortie et 17 sont reliés par des vannes d'entrée 24 et 22, sur des côtés opposés de l'appareil, à des conduits principaux d'entrée et de sortie 18 et 16 Au premier conduit principal d'entrée, l'effluent du processus industriel est appliqué en passant par le conduit 26 et la pompe d'entrée facultative 27 Le conduit principal de sortie 16 est accouplé au ventilateur d'échappement qui est conçu pour être relié à une cheminée ou autre moyen de rejeter dans l'atmosphère ambiante l'effluent 20 traité et purifié. Au-dessus des trois sections 12,13 et 14 se trouve un espacement généralement rectangulaire pour la chambre de combustion 21 qui est définie par l'enveloppe 23 gainée de métal 23 a et doublée d'un revêtement ou couche 25 réfractaire 23 b La chambre communique avec les sections 12, 13 et 14 et est chauffée par un brûleur 19 qui pénètre à travers une paroi latérale de l'enveloppe 23 et est alimenté en combustible de l'extérieur L'enveloppe 23 est fixée de façon détachable, par des écrous, des boulons ou d'autres moyens appropriés, aux bords horizontaux des gaines 12 a, 12 b, 12 c des sections 12, 13 et 14. Des chambres de tranquillisation 12 d, 13 d et 14 d sont respectivement prévues au-dessus des couches 15 et sont partiellement couvertes par des plaques 12 e, 13 e 35 et 14 e Ces plaques peuvent être formées de matière réfractaire coulée, de dimension telle qu'elles n'enferment pas complètement la chambre de tranquillisation. Comme indiqué à la fig 2, la plaque 12 e a une longueur considérablement inférieure à celle de la chambre de tranquillisation de sorte qu'il existe, entre l'extrémité de la plaque, un espacement à travers lequel du gaz peut affluer à la couche d'échange de chaleur 15 ou s'en échapper Par contre, la plaque 13 e est disposée de telle sorte qu'il existe un interstice au sommet (comme on le voit à la fig 2) La plaque 14 e est disposée de façon similaire à la plaque 12 e, l'interstice se trouvant en bas Cette disposition en quinconce des ouvertures tend à réduire le risque de passage d'une partie de l'effluent vers le haut à travers une couche 15 d'échange de chaleur 15 de l'une des sections 12, 13 et 14, effluent qui pourrait suivre horizontalement un parcours de gaz relativement court en direction du fond de la chambre de combustion 21, vers la section adjacente, résidant ainsi dans la chambre 21 un temps insuf20 fisant pour une incinération complète En rendant uniforme les parcours de toutes les particules d'effluent gazeux, on fait en sorte que l'effluent séjourne dans la zone de combustion à haute température pendant des temps plus uniformes, ce qui favorise une combustion 25 plus complète de l'effluent. Bien que les plaques 12 e, 13 e et 14 e soient représentées comme rectangulaires, il n'est pas nécessaire qu'elles aient une forme particulière En fait, on pourrait rendre tout aussi uniforme le parcours de l'effluent 30 gazeux en donnant aux ouvertures une forme triangulaire, en coupant l'un de leurs angles aux extrémités des plaques On peut aussi utiliser d'autres formes de plaques ou,éventuellement, une plaque pourrait être façonnée de manière à couvrir tout le sommet de la couche 35 mais présenter un certain nombre de perforations formées dans la région d'une extrémité. Les fig 3 et 4 montrent encore une autre forme de I'invention qui est construite de manière à tirer parti d'une construction verticale en ligne tout en 5 évitant l'inconvénient d'une oxydation insuffisante due au court-circuitage de la chambre de combustion par un écoulement plus bref de l'effluent, d'une section à une section adjacente Sous cette forme, l'appareil représenté par la référence générale 30 comprend trois colonnes cylindriques 32, 33, 34 généralement verticales alignées entre elles Chaque colonne présente une gaine métallique extérieure 31 doublée d'une couche 35 de matière réfractaire à sa surface intérieure Chacune comprend une plaque métallique perforée horizontale 40 15 sur laquelle est disposée une couche d'éléments de retenue de chaleur en céramique 42 Le niveau des éléments 42 est maintenu très bas par rapport à la hauteur totale de la colonne Par exemple, on les a représentés comme occupant approximativement 22 % du volume total 20 de la colonne 34, mesuré depuis la plaque support 40. Autrement dit, la hauteur de la pile représente environ % de la hauteur de la colonne, de la plaque perforée 40 jusqu'à l'extrémité inférieure du passage 56 Il reste ainsi une grande chambre de tranquillisation 44, par25 courue par tout l'effluent avant son entrée dans le passage 56 Cela suppose que la vitesse maximale du gaz à travers la pile 42 soit d'environ 230 m/mn à 760 C. La partie supérieure de l'espacement 44 communique avec les parties supérieures correspondantes de l'espacement 30 des colonnes 33 et 32, par un passage à section rectangulaire, relativement large et étroit 56, formé dans un élément d'accouplement 62 similaire à un conduit Par exemple, le rapport de la hauteur à la largeur du passage 56 pourrait être de l'ordre de 1:2 Un brûleur 58 pénètre dans la paroi latérale de la section centrale 33, sa flamme interceptant la majeure partie du parcours du gaz par le passage 56 Le brûleur 58 est alimenté en combustible de l'extérieur et est capable d'élever la température du parcours de gaz à travers le passage, à un niveau de 427 à 982 C Une porte 57 est aussi prévue pour permettre d'accéder à l'intérieur de la colonne 33. Dans les espacements délimités 43 en dessous des plaques perforées 40 de chacune colonne, les extrémités de conduits d'alimentation 37, 39 et 41 sont introduites Ces conduits communiquent avec le conduit principal d'échappement 38 par l'intermédiaire de tronçons verticaux de conduit 45, 60 et 61 qui comprennent des moyens respectifs de commande par vanne 52, 53 et 54. Le conduit d'échappement 38 est accouplé à un venti15 lateur d'échappement centrifuge 55 entraîné par le moteur 59, le débit du ventilateur étant appliqué à une cheminée (non représenté) ou à d'autres moyens appropriés de rejet de l'effluent purifié. Les conduits d'alimentation horizontaux 37, 39 et 20 41 sont aussi accouplés au conduit principal d'entrée 36 par des tronçons verticaux de conduit 46, 47 et 48 dans lesquels sont disposés des sous-ensembles de commande par vanne 49, 50 et 51. On peut voir que cette forme de l'invention assure 25 une vitesse plus uniforme de l'effluent s'écoulant du haut de l'une des piles d'éléments d'échange de chaleur 42 d'une section au sommet de la pile correspondante de la section adjacente Il passe aussi à travers une flamme dans un passage 56 relativement étroit (en hauteur) 30 qui tend à favoriser un gradient égal de température à l'intérieur, du haut en bas, aidant ainsi à assurer une combustion plus complète de tous les gaz passant par le passage. A la différence des constructions différentes indi35 quées dans la demande de brevet No 06/361 110, on n'a pas besoin de plaques de recouvrement munies d'une ouverture, étant donné que-la présente structure d'incinération favorise une vitesse plus uniforme de gaz et que la distribution de chaleur dans la zone de combustion est plus uniforme En fait, on peut rendre la vitesse du gaz dans l'appareil représenté par les fig 3 et 4 aussi réduite qu'il est compatible avec une incinération complète des effluents traités par l'appareil. En outre, dans le mode d'exécution de l'invention 10 qui est représenté par les fig 3 et 4, la section du passage 56 n'a pas toujours besoin d'être rectangulaire allongée comme représenté Dans des unités plus petites, la section du passage 56 pourrait être pratiquement carrée pour s'adapter à la flamme plus petite d'un 15 brûleur plus petit. En outre, étant donné que les colonnes sont cylindriques aux fig 3 et 4, si l'on désire des colonnes d'un diamètre différent, la hauteur des piles 42 peut rester pratiquement constante, facteur qui facilite la 20 conception de différentes installations Il n'est pas nécessaire non plus de limiter à 20 à 30 % la proportion du volume total de chaque colonne qui est occupée par chaque pile Selon divers facteurs tels que la température d'incinération, la vitesse moyenne du gaz, les 25 propriétés de l'effluent, l'aire de section du passage 56, la grandeur de la flamme, la grandeur et la forme des éléments d'échange de chaleur 42,etc, ces proportions peuvent être portées à environ 40 à 50 % tout en donnant encore une vitesse d'une uniformité satisfai30 sante de la majeure partie du courant d'effluent. REVENDICATIONS 1 Appareil d'incinération caractérisé en ce qu'il comprend; a) au moins deux sections d'échange de chaleur ( 12, 13,,14) disposées en ligne entre elles, ces sections présentant chacune un élément perforé horizontal ( 12 c, 13 c, 14 c) en dessous duquel se trouvent des espacements confinés respectifs, b) un ensemble d'éléments respectifs d'échange de chaleur réfractaires ( 15) disposés sur les élé10 ments perforés, c) des moyens ( 26, 27, 18, 20) permettant d'amener aux espacements, à des moment choisis et à des débits prédéterminés, des effluent indésirables, d) des moyens ( 17, 16, 25) permettant d'extraire des 15 espacements, à des moments choisis, des gaz qui ont été traités par l'appareil, e) une enveloppe allongée ( 21) disposée au-dessus de toutes les sections et communiquant avec elles, cette enveloppe définissant, en coopération avec 20 des moyens ( 19) de chauffage de l'intérieur de celle-ci, une chambre de combustion à haute température, et f) des moyens de recouvrement ( 12 e, 13 e, 14 e) qui couvrent respectivement et partiellement des parties prédéterminées de chacune des sections, les parties non couvertes des sections adjacentes étant disposées aussi loin que possible l'une de l'autre de manière à accroître la longueur effective d'écoulement du gaz, de chacune des sections 30 à des sections adjacentes. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de recouvrement ( 12 e, '13 e, 14 e) comprennent un ensemble d'éléments en forme de plaque placés respectivement au-dessus de l'ensemble des éléments d'échan35 ge de chaleur, chacune des plaques ayant une disposition et des dimensions telles qu'il existe une partie découverte touchant à l'une de ses extrémités, et les parties découvertes respectives des sections adjacentes étant situées à des extrémités opposées de celles-ci. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément en forme de plaque ( 12 e, 13 e, 14 e) présente une forme générale rectangulaire qui est partiellement conforme au sommet de sa section associée, mais en ce qu'il existe un espacement généralement rectangulaire entre 10 une extrémité de la plaque et l'extrémité correspondante du sommet de la section associée, ces espacements généralement rectangulaire des sections adjacentes étant disposés à des extrémités opposées. 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé 15 en ce qu'une chambre de tranquillisation ( 12 d, 13 d, 14 d) est prévue entre le sommet de chacun des ensembles d'éléments d'échange de chaleur et des éléments en forme de plaque. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des sections présente une configuration 20 générale en auge. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du gaz à travers les sections est d'environ 75 à 230 m/mn à environ 760 C. 7 Appareil selon la revendication 1, caractérisé 25 en ce qu'il y a au moins trois sections ( 12, 13, 14) et que la vitesse d'écoulement du gaz à travers chacune est d'environ 230 m/mn à environ 760 C. 8 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il y a trois sections en ligne ( 12, 13, 14)et que le 30 moyen de chauffage ( 19) est un brûleur disposé dans la chambre de combustion ( 21). 9 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens (c) et (d) sont disposés sur des côtés opposés des sections ( 12, 23, 14 Fig 2). 10 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque section est suspendue individuellement à des éléments horizontaux de support ( 11). 11 Appareil d'incinération, caractérisé en ce qu'il comprend: a) au moins deux sections verticales séparées d'échange de chaleur ( 12, 13, 14) adjacentes l'une à l'autre et munies chacune d'une pile d'éléments d'échange de chaleur réfractaires ( 15) supportés par un élément perméable au gaz ( 12 c, 13 c, 14 c) en dessous 10 duquel est disposé un espacement confine, b) des moyens ( 26, 27, 18, 20) permettant d'amener à des espacements choisis, à des moments et à des vitesse d'écoulement choisis à l'avance, des effluents indésirables destinés à être traités par l'ap15 pareil, c) des moyens ( 17, 16, 25) permettant d'extraire des espacements, à des moments choisis à l'avance, des gaz qui ont été traités par l'appareil, d) des moyens de passage ( 21) proches des régions de 20 sommet des sections, qui font communiquer ces régions entre elles pour l'écoulement du gaz, et e) des moyens de chauffage ( 19) disposes, dans le passage, de manière à produire dans celui-ci une chaleur intense et à intercepter pratiquement tout 25 écoulement de gaz entre le sommet de l'une des piles et le sommet d'une pile adjacente. 12 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que l E moyens (b) et (c) sont disposés du même côté des sections alignées (Fig 3). 13 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le passage ( 21) a une très petite hauteur en comparaison de sa largeur, 14 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'au moins deux sections d'échange de chaleur ( 12, 35 13, 14) sont alignées l'une avec l'autre, 15 Appareil selon la revendication 11, caractéri- 1 1 sé en ce que le sommet de chaque pile ( 15) est à une hauteur telle que la pile occupe moins de la moitié environ du volume de la colonne, mesuré de l'élément perméable au gaz vers le haut ( 12 c, 13 c, 14 c Fig 2). 16 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le volume occupé par chaque pile ( 15) constitue environ 20 à 50 % du volume total de la section, mesuré de l'élément perméable au gaz vers le haut ( 12 c, 13 c, 14 c Fig 2). 17 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que le sommet de chaque pile ( 15) est situé à environ 30 à 50 % de la hauteur de la colonne, mesurée de l'élément perméable au gaz ( 12 c, 13 c, 14 c) à l'extrémité inférieure des moyens de passage (Fig 2). 18 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que la section droitede chacune des sections ( 32, 33, 34) est approximativement circulaire (Fig 3). 19 Appareil selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de chauffage comprennent une flamme ( 19) qui s'étend sensiblement en travers du passage de manière à oxyder pratiquement tout le gaz qui s'écoule, par ce passage, d'une section à une autre. Appare Jl selon la revendication 11, caractérisé en ce que la section droite dudit passage ( 21) est de forme 25 sensiblement rectangulaire allongée, son axe longitudinal étant pratiquement horizontal (Fig 1 et 2).