Brevet FR2569826A1 — publié le 19860307

I 2569826 La presente invention concerne un nouveau type de four pour l'incinération des déchets. L'on connrait actuellement principalement deux modes de fonc- tionnement pour les fours d'incinération, d'une part à haute tem- pérature avec un important excès d'air comburant, et d'autre part avec effet dit pyrolitique c'est à dire à température relative- ment basse et quantité restreinte d'air comburant. Dans le premier mode, la destruction des déchets est très rapide et complète mais au prix d'une consommation élevée de combustible d'appoint et il se produit des envolées de poussières souvent accompagnées de fumées colorées lors de la destruction de déchets de PCI élevé. Dans le second cas, la consommation de combustible est sensible- ment réduite, il y a peu d'entrainement de poussières et les fumées sont peu ou pas colorées, mais la durée de combustion est I5 sensiblement plus longue et surtout il subsiste parfois des imbru- lés dus à la température de combustion insuffisante. La présente invention concerne un nouveau type de four qui permet d'obtenir les avantages des deux modes de fonctionnement précedemment décrits en évitant leurs inconvénients. Par ailleurs, la conception du four selon l'invention permet une grande modula- rité et versatilité au niveau des équipements accessoires et de son implantation. Un four selon l'invention est constitué d'une chambre princi- pale dite chambre de combustion, de relativement grand volume et normalement garnie de matériaux isolants et réfractaires, compor- tant une porte de chargement des déchets conçue pour éviter les entrées d'air ou les sorties de fumées lors de l'incinération. Des buses judicieusement disposées permettent l'injection dans cette chambre d'une partie de l'air de combustion dit air primaire Un ou plusieurs bruleurs peuvent être prévus pour amorcer ou entretenir la combustion des déchets. La forme de cette chambre peut être parallelépipedique ou cylindrique, de préférence à grand axe horizontal. La porte de chargement étant située en facade, la sortie des fumées se fait par la paroi opposée dans un carneau de section circulaire ou quadrilatère. Dans ce carneau ou gaine de fumées, des orifices sont prévus pour injecter de l'air dit air secondaire de telle manière que d'une part les fumées provenant de la chambre de combustion soient enrichies en oxygène et d'autre part que les poussières entrainées 2 2569826 par les fumées soient refoulées vers la chambre de combustion, pour cela, l'air secondaire est injecté à contre courant des fumées les directions respectives des fumées et de l'air secondaire formant un angle obtus compris entre I00 et I400. Le débit d'air, sa vitesse et la répartition des orifices d'injection étant prévus de façon que le rideau d'air ainsi crée intéresse toute la section de la gaine de fumées. La gaine de fumées relie la chambre de combustion à une autre chambre dite de post-combustion, de forme cylindrique et garnie de I0 matériaux isolants et réfractaires. Cette chambre est de grand volume afin que les fumées y séjournent suffisamment longtemps pour être totalement oxydées et décomposées. Le volume est calculé pour que le temps de séjour minimum soit de 0,6 secondes. La gaine de fumées pénètre tangentiellement dans la chambre de post-combus- I5 tion. Un ou plusieurs brûleurs peuvent être prévus pour porter ou maintenir la chambre de post-combustion à une température suffi- sante pour oxyder totalement les fumées, détruire toutes les parti- cules combustibles et craquer les molécules organiques. Ce ou ces brûleurs dirigent leur flamme tangentiellement dans la chambre de post- combustion. De l'air dit air tertiaire destiné à apporter le complément d'oxygène nécessaire et à accentuer le mouvement héli- coidal des fumées est injecté dans la chambre de post-combustion, d'une part grace à une série de buses disposées le long d'une génératrice, qui dirigent cet air tangentiellement dans la chambre et d'autre part grace à un orifice central selon l'axe principal de la chambre. Les débits d'air injectés par ces divers orifices étant réglables. La chambre de post-combustion reliée à la chambre de combus- tion par la gaine de fumées peut indifféremment avoir son axe principal vertical, horizontal ou incliné d'un angle quelconque et ceci par simple pivotement avec la gaine de fumées par rapport à l'orifice de sortie de la chambre de combustion. La chambre de post-combustion est également reliée à une cheminée pour permettre l'évacuation des gaz. La configuration d'un tel ensemble permet au four de fonction- ner parfaitement selon un cycle en deux phases principales. Tout d'abord, après introduction des dechets et allumage, alors que les matières volatiles et facilement combustibles sont encore abondantes, la combustion se fait avec effet pyrolytique, en 3 2569826 maintenant une température relativement basse et en injectant peu d'air comburant, puis lorsque la combustion tendra à ralentir, le four passera en phase d'incinération à haute température avec injection de suffisamment d'air pour activer la combustion. Ainsi tout en bénéficiant des économies de combustible grace à l'effet pyrolytique, l'on obtiendra en fin de cycle une destruction totale et rapide de toutes les matières combustibles. Ce fonctionnement en deux phases n'est rendu possible sans inconvénient que par l'action des diffuseurs d'air secondaire I0 situés dans la gaine de fumées entre les deux chambres, qui empe- che les entrainements de poussières hors de la chambre de combus- tion lorsqu'on augmente le débit de l'air primaire, ainsi qu'à la conception particulière de la chambre de post-combustion de grand volume ou les fumées prennent un mouvement hélicoïdal engendré par la disposition de la gaine de fumées, du ou des brûleurs et des injecteurs d'air tertiaire, cette combinaison de moyens permettant de maintenir les fumées le temps nécessaire, à la température minimum nécessaire et en contact intime avec la quantité suffisan- te d'oxygène pour totalement détruire les matières combustibles. L'invention sera bien comprise grace à la description qui suit faite à titre d'exemple et se référant au dessin annexé. La figure I représente une coupe longitudinale d'un incinéra- teur, comprenant une chambre de combustion (I) garnie de matériaux isolants et réfractaires, équipée d'un brûleur (2) et de buses d'injection de l'air primaire (3). Une porte de chargement (4) hermétique permet l'introduction des déchets dans le foyer (5). Les fumées de combustion (6) sont évacuées en passant par la gaine de fumées (7) dans laquelle est injecté l'air secndaire par une série de buses (8) orientées de façon à ce que le jet d'air forme un angle obtus avec les fumées. Les fumées pénetrent ensuite tangentiellement dans la chambre de post-combustion (9) également garnie de matériaux isolants et réfractaires et ou l'action con- jointe de l'air tertiaire injecté par les buses (IO) disposées le long d'une génératrice et du brûleur (II) dont la flamme est égale- ment dirigée tangentiellement dans la chambre de post-combustion, accentue le mouvement circulaire des fumées, transformé en mouve- ment hélicoidal par l'effet conjoint de l'air tertiaire injecté axialement par l'orifice central (I2) et du tirage engendré par la cheminée (I3) d'évacuation des fumées. 4 2569826 La figure 2 est une vue de face de l'installation ou l'on reconnait la chambre de combustion (I) et la porte de chargement (4), la chambre de post-combustion (9) et la cheminée (I3) sont représentées en traits pleins dans une position verticale et en traits mixtes dans une position horizontale, ce changement de position etant obtenu par simple pivotement autour de l'axe de la gaine de fumées (7). Un four d'incinération selon l'invention est particulièrement adapté à la destruction sans odeurs, fumées visibles ou nuisances IO de tous déchets combustibles et en particulier des déchets ména- gers, hospitaliers ou industriels. REVENDICATIONS I) Four d'incinération caractérisé en ce qu'il est constitué d'une chambre de combustion (I) de grand volume munie d'une porte de chargement des déchets (4) fermant hermétiquement et ou est injecté une partie de l'air nécessaire à la combustion des déchets sous forme d'air primaire U3) , une gaine de fumées (7) débouchant dans la paroi opposée à la porte de chargement (4) et comportant des moyens destinés à empêcher le passage des poussières entrainées par les fumées et à apporter à celles ci un supplément d'air de combustion sous forme d'air secondaire (8), raccordant la première iO chambre à une seconde chambre dite de post-combustion (9) cylin- drique et de grand volume comportant des moyens destinés à donner aux fumées un mouvement hélicoidal et à assurer un contact intime et prolongé des particules combustibles avec les molécules d'oxy- gène de l'air de combustion en présence d'une température élevée, I5 le cycle de destruction des déchets se déroulant en deux phases, une première phase dite à effet pyrolytique effectuée à température relativement basse et avec défaut d'air primaire et une seconde phase enclenchée lorsque les déchets brûlent plus difficilement qui s'effectue à haute température et avec excès d'air primaire. 2) Four d'incinération selon revendication I caractérisé par le fait que l'axe principal de la chambre de post-combustion (9) peut indifféremment être installé vertical ou horizontal ou incli- né selon un angle quelconque simplement en faisant pivoter l'ensem- ble chambre de post-combustion (9) et gaine de fumées (7) par rapport à l'orifice de sortie de la chambre de combustion. 3) Four d'incinération selon revendication I caractérisé par le fait que les moyens destinés à empêcher le passage des poussiè- res entrainées par les fumées vers la chambre de post-combustion (9) comprennent des orifices d'injection de l'air secondaire (8) situés dans la gaine de fumées (7) reliant les deux chambres orientés de telle manière que l'air secondaire soit injecté à contre courant par rapport aux fumées, les axes des courants respectifs de l'air et des fumées formant un angle obtus compris entre I00 et I400, le nombre et l'espacement des orifices étant tels que compte tenu du débit et de la vitesse de l'air, toute la section de la gaine de fumées (7) 6 2569826 soit intéressée par le rideau d'air formé. 4) Four d'incinération selon revendication I caractérisé par le fait que le volume de la chambre de post-combustion (9) est tel que le temps de sejour des fumées y soit au moins de 0,6 secondes. 5) Four d'incinération selon revendication I caractérisé par le fait que les moyens mis en oeuvre pour donner aux fumées un mou- vement hélicoidal et assurer un contact intime et prolongé entre les particules combustibles et les molécules d'oxygène de l'air de com- bustion consiste à faire pénétrer les fumées tangentiellement à une IO extrémité de la chambre de post-combustion (9) au moyen de la gaine de liaison (7) et à accentuer le mouvement initial par injection également tangentielle d'air tertiaire grace à une série de buses (I0) échelonnées le long d'une génératrice parallèle à l'axe princi- pal de la chambre (9), tandis qu'un autre orifice (I2) injecte de I5 l'air tertiaire selon l'axe principal de façon à entrainer les fu- mées vers l'extrémité opposée de la chambre et vers le conduit d'évacuation des fumées (I3), la température élevée nécessaire à la destruction totale des particules combustibles étant maintenue par un ou plusieurs brûleurs (II) tangentiels concourant également à entretenir le mouvement hélicoidal.