Brevet FR2572497A1 — publié le 19860502

FOUR AUTO-INCINERATEUR A ALLUMAGE MIXTE ET STRUCTURE TRANSVERSALE MODULAIRE L'élimination des ordures ménagères continue de poser un problème qu'aucune des solutions actuelles ne semble avoir convenablement résolu en ce qui concerne les agglomérations de taille modeste. Il est vrai que les matières à traiter présente tent deux défauts importants, celui d'une part de contenir des éléments imputrescibles et celui, d'autre part, d'être un piètre combustible dont la teneur en eau est souvent proche de 60 % et le pouvoir calorifique inférieur le plus fréquemment compris entre 1200 et 1400 Kcal/kilo et rarement supérieur à 1600 Kcal/kilo. Le traitement actuel fait principalement appel è trois techniques : le compostage naturel en décharge contrôlée, l'incinération dans des fours gros consommateurs de fuel, le broyage suivi de compostage. Les systèmes actifs de destruction, fours et broyeurs, impliquent des installations lourdes qui présentent le double désavantage d'être onéreuses et d'entratner des charges récurrentes élevées- : fonctionnement, maintenance, grosses réparations. Par ailleurs, eu égard au niveau élevé de l'investissement, la mise en place de tels systèmes impose le regroupement d'agglomérations avec comme corollaire évident l'alourdissement du coût global lié à l'enchérissement de la collecte dû à l'augmentation des distances de transport. Il est ainsi apparu l'opportunité de concevoir des unités de traitement adaptées à des populations collectées de faible ou moyenne importance reposant sur une technique qui minimise à la fois le montant de l'investissement initial et le coût des charges d'exploitation. L'idée d'incinérateurs de petite capacité s'est ainsi développée. Un certain nombre de solutions ont été imaginées qui procédaient de l'association de dispositifs originaux à des appareils dont la conformation fondamentale relevait du bon sens ou de la logique de construction : soles inclinées, cheminées latérales ou centrales, remplissage par le haut, fermeture de l'appareil par un capot mobile formant voute, etc... Ces dispositifs dont la description ne dit malheureusement pas en quoi ils participent à l'efficience de l'incinérateur en regard de la règlementation du 6 JUIN 1972, portent généralement sur des éléments de construction dont on ne peut douter qu'ils apportent une réelle contribution à la qualité de l'outil. La présente invention porte sur un FOUR AUTO-INCINERATEUR D'ORDURES MENAGERES Â ALLUMAGE MIXTE ET STRUCTURE TRÂNSVERSÂIE MODULAIRE. Elle veut etre la synthèse des résultats de quatre recherches concomitantes ayant pour objet - la qualité technique du four en ce qu'il permet l'inciné- ration des ordures ménagères dans le total respect des exigences règlement aires, - la sécurité des manipulations et l'amélioration des conditions de travail des opérateurs et d'exploitation de l'appareil, - la facilité et la rapidité de la construction, la simplification des opérations de maintenance et la tenue dans le temps des organes, - l'aspect esthétique de l'ouvrage. La nature du combustible que constituent les ordures ménagères et son faible P.C.I. exige du four une conformation étudiée en sorte d'obtenir la combustion la plus complète ( ffi de cendre) et la meilleure (teneur en monoxyde de carbone des fumées)possible. On peut considérer que l'incinération résulte de l'action simultanée de - l'assèchement des déchets (60 % d'eau) - la combustion primaire des matières avec formation de C02 et CO - la distillation de matières avant combustion - le brûlage des distillats et du CO. La masse des ordures compactées, même après leur déversement au cours duquel elles peuvent foisonner, ne permet pas une pénétration aisée de l'air comburant ; la propagation de la combustion s'y fait alors à la façon des fourneaux à sciure sous condition d'une bonne surface d'échange entre air frais et masse ignée, les résidus de l'incinération devant pouvoir s'écouler au fur et à mesure de leur formation. Par ailleurs, les gaz de distillation, qui du fait de leur température se concentrent en tête du four, nécessitent un apport d'air comburant secondaire. Ces considérations constituent les aspects du problème qui ont fait l'objet de la plus grande attention lors de la conception du présent appareil. En tant qu'auto-incinérateur ce four présente par ailleurs deux intérêts : il fonctionne sans combustible d'appoint et sans nécessité de surveillance. La mise à feu est mixte : elle peut être assurée soit par des matériaux divers (papiers, cartons, vieux cageots, débris de bois) disposés dans chambre de mise à feu W située en partie basse du four, soit à l'aide d'une rampe à gaz O (butane ou propane) commandée de l'extérieur du four, dont la durée nécessaire de fonctionnement n'excède pas 2 à 3 minutes et située au niveau de la dite chambre de mise à feu. Après l'allumage des matières à incinérer, la combustion s'entretient d'elle-même. La propagation de la combustion se faisant de la grille de foyer (3 vers la masse, elle s'opère parallèlement aux parois frontales du four. Si des échanges thermiques sont évidents dans le sens perpendiculaire à ces parois, la qualité de la combustion est indépendante de la dimension du four dans le sens orthogonal à celui de la propagation de la flamme. Il est apparu judicieux de mettre cette observation à profit. La structure transversale du four est de ce fait modulaire et permet pour une section donnée de proposer une famille d'appareils. Ainsi, l'appareil dont le dessin est annexé au présent document appartient à une famille dont la capacité croit par tranche de 10 m3, de 20 à 60 m3, cet.te dernière valeur n'étant pas une limite imposée par la technique, mais suggérée par l'économie.A toute autre section correspond, cela va de soi, une autre famille. Le présent FOUR AUTO-INCINERATEUR A ALLUMAGE MIXTE ET STRUCTURE TRANSVERSALE MODULAIRE est aménagé entre deux parois verticales parallèles 0 Ces parois sont en béton armé. Elles peuvent être constrlites selon un procédé traditionnel, mais il est apparu qu'une réalisation en béton préfabriqué conduisait à d'excellentes performances économiques. Dans la présente conception, les panneaux sont fichés dans des réservations ménagées dans le radier coulé in situ, par l'intermédiaire d'un noyau de forme prismatique autoblocant et claveté. Ce dispositif permet un réglage rigoureux du callage des panneaux les uns par rapport aux autres. Le voile etabli côté talus n'a pas de fonction de soutènement, il est relié à la plateforme par une dalle de tran position. Le voile établi du côté opposé porte en tête une passerelle en encorbellement. Ces deux voilés sont reliés entre eux par une dalle qui complète la possibilité de circulation périmétrale. L'ensemble des passerelles ainsi établi comporte un garde-corps. Entre ces deux voiles sont mis en place deux dalles inclinées 0 de part et d'autre de l'ensemble des grilles de foyer créant deux volumes prismatiques Q constituant le four proprement dit. Ces deux dalles, qui sont les infrastructures des soles sont établies sur des traverses en béton armé ou métalliques de section ronde ou carrée, mises en place soit en niche (côté talus) soit sur corbeau (c8té opposé). Les dalles et parois verticales du four sont isolées par garnissage à l'aide d'un pisé réfractaire 8 Pour diminuer la transmission de chaleur aux éléments de structure de béton, il est réservé entre pisé et béton un vide qui est soit total soit constitué d'un faisceau de tubulures. Dans ce vide circule de l'air provenant du bas du four, par tirage naturel. Cet ensemble constitue une isolation pariéto dynamique des parois du four. L'air ainsi préchauffé est introduit en partie haute du four. Il constitue le comburant secondaire qui permet la combustion des gaz imbrtlés ou des distillats, combustion favorisée par le fait que le comburant est préchauffé. Dans le cas particulier des soles, l'air est conduit dans le faisceau de tubulures par l'-intermédiaire 'un déflecteur situé à l'entrée de la chambre de mise à feu S et qui permet au démarrage l'évacuation des fumées d'allumage du four La chambre de mise à feu est délimitée en partie supérieure par des broches 11 (à raison de 2 ou 3 par module) qui sont escamotées dès constatation du démarrage de la combustion par un système mécanique Zip composé d'un équipage auquel chaque broche est attelée individuellement par l'intermédiaire d'une chape entratné par au moins deux crémaillères dont les roues dentées sont clavetées sur un arbre mu par une manivelle extérieure au four.Dans le plan de la grille foyer, c'est à dire à l'opposé de ces volets, se trouve la rampe à gaz de mise à feu 0 (une rampe de chaque côté). L'air de combustion est admis dans la cheminée primaire constituée par les plans de grilles-foyer par lapmWie inférieure du four dont la section de passage est généreusement dimensionnée (flèches 6 ). Le fond du four est équipé de trappes ajourées mobiles L autour d'un axe 0 situé en partie basse du panneau d'accès à la chambre de mise en route. Ces trappes sont munies d'une barre de manoeuvre. Leur ouverture provoque la descente des résidus de combustion qui tombent sur une grille 16 destinée à ne retenir que d'éventuels corps étrangers volumineux et incombus tibles, indûment introduits dans la masse des ordures, puis dans le prisme de réception de la vis d'archimède 8 par laquelle ils sont évacués à ltextérieur, se déversant directement dans des vivianes elon un débit constamment contrôlé. La grille de protection w de la vis est secouée par un système à cames dont le mouvement peut être couplé à celui de la vis d'archimède. L'ouverture des trappes et celle de la vis d'archimède sont commandées de l'extérieur ce qui rend aisée et propre l'opération de décendrage. La Sole sur laquelle glisse les matières en combustion est protégée mécaniquement par des tuiles de fonte Y) qui, grâce à leur capacité calorifique, participent à la propagation du processus de combustion. Pour permettre le meilleur apport d'air comburant aux matières à incinérer, la surface des grilles de foyer doit être la plus grande possible. C'est la raison qui a conduit à les disposer sur toute la hauteur du volume utile, à les incliner de plusieurs degrés sur la verticale et à disposer dans la cheminée primaire, constituée par les 2 plans de grilles, des déflecteurs W dont le rôle est le renvoi vers les grilles, normalement à leur plan de contact avec la matière en combustion, de l'air appelé par le tirage. Les grilles sont en fonte, constituées d'éléments modulaires de poids limité car elles ont la particularité d'être entièrement déposables ou remplaçables par simple déclavetage et sans nécessiter le démontage des supports, chaque plan de grille étant indépendant de l'autre. Les grilles élémentaires dont les barreaux possèdent des encoches destinées à recevoir des grilles secondaires de limitation de maille pour éviter le passas de petits éléments, sont portées par des traverses de fonte 20 posées sur des tasseaux 8 soudés sur les membrures principales de cet ensemble de grilles-foyer dénommé aussi cheminée primaire, compte tenu de son rôle d'évacuateur de fumée et vapeur d'eau qu'il a en début d'opération. Le volume du four est fermé en partie supérieure par un couvercle-capot O2 Ce capot, en acier CORTEN, présente ia particularité d'être équilibré par un contrepoids Q23 qui en permet un maniement facile et le met à l'abri de tout risque d'accident à la fermeture. Les mouvements du couvercle-capot sont amortis par un dispositif &commat; qui évite toute accélération lors d'un coup de vent. Chaque couvercle-capot est verrouillable en position fermée ou ouverte et est manoeuvrable par un seul homme qui libère le verrouillage par un seul levier quel qu'en soit le sens. Le couvercle-capot est appuyé sur le pylone par l'intermédiaire d'une membrure inclinée 5 Cette disposition empêche tout coincement et assure une parfaite liberté aux mouvements du couvercle-capot. La cheminée primaire est coiffée par un pylone portant les 5 éléments de la cheminée médiane. La première partie 26 en acier inoxydable est un prisme de mise en vitesse, la seconde O (elle aussi en inoxydable) est un caisson de dépoussiérage comportant grilles et chicanes, la troisième 28 en acier CORTEN est un volume permettant le passage d'une section rectangulaire à une section circulaire. Chaque élément est déposable indépendamment des autres, sans mettre en cause la stabilité de l'ensemble. Cette caractéristique est essentielle pour permettre dans les meilleures conditions d'économie et de rapidité tout remplacement d'élément ou toute dépose pour entretien. Le caisson de dépoussiérage est muni de deux portillons qui autorise4hn ramonnage aisé étant par ailleurs accessibles à partir d'une plateforme aménagée dans le pylone. De même une autre plateforme est aménagée en partie supérieure du pylone. Elle est accessible par une échelle intérieure à partir de laquelle il est possible de procéder à des prises de mesure ou d'échantillons de fumées. Le pylône, pour des raisons esthétiques évidentes, reçoit un bardage de tôles laquées La cheminée médiane est surmontée de la cheminée supérieure constituée d'un empilage de viroles d'acier CORTEN de longueurs identiques, la hauteur totale étant constamment adaptable aux nécessités du site. REVEl:DICATIOS 1 - Four auto-incinérateur à allumage mixte et structure transversale modulaire pour ordures ménagères caractérisé en ce qu'il est constitué de deux parois verticales O4 entre lesquelles sont managés deux volumes prismatiques 6 de part et d'autre d'un couloir central équipé de grilles et formant foyer et cheminée primaire laquelle est surmontée d'une cheminée médiane disposée dans un pylône bardé et d'une cheminée supérieure ; ces deux volumes étant fermés par des couvercles mobiles -formant voutes que l'on ouvre pour le déversement des ordures, et comportant chacun une sole inclinée' protégée des chocs an bas de laquelle se trouve un ensemble de broches 6 délimitant la chambre de mise à feu Q laquelle mise à feu est mixte, pouvant être assurée soit par des matériaux combustibles divers, soit par une rampe à gaz ; le remplissage de la chambre de mise en route étant possible par un panneau comportant des volets ouvrants, les résidus d'incinération étant quant à ews libérés par le basculement de trappes et évacués, après être passés sur une grille - destinée à retenir d'éventuels corps étrangers volumineux et incombustibles, par un dispositif mécanique mis en mouvement de l'extérieur du four les éléments transversaux étant modulaires et - permettant de faire varier la capacité du four et de l'adapter aux nécessités d'un programme. 2 - Four auto-incinérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments transversaux d'équipement sont modulaires. 3 - Pour auto-incinérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les -éléments de Génie Civil en élévation sont préfabriqués. 4 - Four auto-incinérateur selon les revendications t et 2 caractérisé en ce que les parois verticales 0- sont constituées d'éléments juxtaposés, fichés dans des réservations ménagées dans le radier coul-é in situ par l'intermédiaire de noyaux prismatiques autoblocants. 5 - Four auto-inoinérateur.selon les revendications 1 et ? caractérisé en ce que la dalle formant structure de sole G est préfabriquée et repose librement sur des traverses (i) sur lesquelles elle est maintenue par des ergots de dimensions et en nombre appropriés qui en empêchent le glissement. 6 - Four çuto-incinérateur selon les revendications 1,3 et 5 caractérisé en ce que les traverses d'appui Q de la dalle structure de sole sont des éléments de béton armé ou des tubes métalliques de section circulaire ou carrée reposant librement sur les parois verticales soit en niche, soit sur corbeaux par l'intermédiaire de cales de règlage de positionnement en X et z 7 - Four auto-incinérateur selon le revendication 1 caractérisé en ce que les parois intérieures du four sont revêtues d'un pisé de garnissage surfacé, adhérent aux dites parois sans l'obligation de supports particuliers. 8 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 5 et 7 caractérisé en ce que ses parois "actives" comportent entre support et pisé une isolation pari e to dynamique constituée soit par une lame d'air, soit par un réseau de tubulures. 9 - Four auto-ineinérateur selon les revendications 1s5 et 7 caractérisé en ce que le pisé de sole est protégé par des tuiles de fente 10 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comporte des broches de démarrage escamo- tables (?11 à raison de 2 ou 3 par module. 11 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 2 et 10 caractérisé en ce que les broches.de démarrage sont escamotées mé-caniquement. 12 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 2, 10 et 11 caractérisé en ce que le système d'escamotage des broches est constitué d'un équipage 12 , auquel les broches sont attelées individuéllement, associé à un extracteur à crémaillères manoeuvrable de l'extérieur du four. 13 - Four auto-incinérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en pied de sole un panneau disposé suivant le plan de sa sous-face, délimitant la chambre de mise à feu et comprenant un avaloir de fumées de démarrage et d'air secondaire et un volet d'introduction des produits de mise en route. 14 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 2 et 13 caractérisé en ce que le volet d'introduction des produits de mise à feu comprend autant éléments ouvrants que le four compte de modules, lesdits éléments étant mobiles autour d'un axe situé sur la traverse basse du panneau dont ils sont constituants. 15 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que sa partie inférieure est équipée d'une trappe de vidage des résidus d'incinération 8 , mobile autour d'un axe 6 situé au droit de la traverse basse du panneau de fermeture de la chambre de mise en route, comprenant autant d'éléments ajourés que le four compte de modules, ces éléments comportant une barre de manoeuvre pour leur fermeture et étant verrouillés en position fermée par les loqueteaux dont le basculement commandé de l'extérieur du four assure la réouverture. 16 - Four auto-incinérateur selon la revendication 1 cara- térisé en ce qu'il comporte une autre solution de mise à feu consistant en une rampe à gaz dont l'allumage est assuré de l'extérieur du four. 17 - Four auto-incinérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ltextraction des résidus de combustion se fait par mn système mécanique 9 . 18 - Four auto-incinérateur selon Bes revendications t et 17 caractérisé en ce que l'extraction des résidus de combustion se fait à l'aide d'une vis d'archimède 17 mise en mouvement de l'extérieur du four soit manuellement soit par l'intermédi ire d'un moteur. 19 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 17 et 18 caractérisé en ce que le système mécanique d'extraction des résidus de combustion est protégé par une grille O 06. 20 - Four auto-incinérateur selon les revendications t, 17, 18 et 19 caractérisé en ce que la grille de protection du système mécanique d'extraction des résidus de combustion peut être secouée, le secouement étant obtenu par-un dispositif à cames dont la rotation peut être soit couplée à celle de la vis d'archimède avec ou sans démultiplication, ou obtenu par tout autre mécanisme indépendant manuel ou motorisé. 21 - Four auto-incinérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un foyer cheminée comprenant des grilles dont les barreaux présentent une arête inclinée, et des déflecteurs dtair comburant G9. 22 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 2 et 21 caractérisé en ce que les grilles du foyer cheminée sont constituées d'éléments amovibles interchangeables comportant des encoches de mise en place de grilles secondaires de limitation de mailles. 23 - Four auto-incinérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une cer.dnée médiane constituée de trois parties : un prisme de mise en vitesse 26, un caisson de dépoussiérage g et un volume de transitIon 28 permettant le passage d'une section rectangulaire à une section circulaire cette cheminée médiane étant portée par un pylône recevant un bardage, permettant grâce à deux niveaux de plateformes d'accéder aux éléments nécessitant des interventions d'entretien ou des prises de mesures. 24 - Four auto-incinérateur selon les revendications t et 23 caractérisé en ce que les éléments de la cheminée médiane sont déposables individuellement et indépendamment les uns des autres. 25 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1 et 23 caractérisé en ce que le caisson de dépoussiérage présente deux portillons permettant le ramonage et l'éventuel échange des chicanes et grilles qu'il comporte. 26 - Four auto-incinérateur selon la revendication-l caractérisé -en ce qu'il comporte une cheminée-supérieure constituée d'un empilage de viroles d'acier CORTEN identiques. 27 - Four auto-incinérateur sélon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux couvercles mobiles (2 dont les mouvements sont équilibrés par contrepoids G3. 28 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1 et 27 caractérisé en ce que les couvercles comportent un système de verrouillage en position ouverte ou fermée, le déverrouillage de l'une ou l'autre des positions se faisant par le même levier. 29 - Four auto-incinérateur selon les revendications 1, 27 et 28 caractérisé en ce que le mouvement des couvercles est mat- trisé par un amortisseur 8 30 - Four auto-incinérateur selon les revendications t, 27, 28 et 29 caractérisé en ce que les membrures d'appui sur le pylône sont inclinées sur la verticale