Brevet FR2584480A1 — publié le 19870109

L'invention a pour objet un procédé destiné à régulariser le flux de chaleur obtenu par combustion des ordures ménagères bralées dans des incinérateurs. Elle concerne aussi une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans les incinérateurs d'ordures ménagères de ca- pacité élevée, par exemple de capacité supérieure à 3 tonnes/ heure, une chaudière est placée sur le trajet des fumées de combustion, afin de permettre une récupération partielle de la chaleur des fumées à l'aide d'un fluide caloporteur, le plus souvent sous forme de vapeur d'eau. Toutefois, cette récupération de chaleur est très fluctuante, d'une part parce que le débit d'alimentation de l'incinérateur en ordures mé- nagères est lui-même très variable, du fait de l'irrégularité des ramassages d'ordures et ceci malgré des tentatives de régularisation à partir d'un stock, d'autre part parce que le pouvoir calorifique inférieur des ordures varie souvent dans d'assez larges limites. En outre, les enfournements d'ordures sont parfois effectués de façon discontinue. Il en résulte que la production de vapeur est tout à fait irrégulière et qu'elle ne satisfait pas aux besoins qui sont de nature beaucoup plus constante. Pour cette raison, ce mode de récupération d'énergie ne connait pas le développement qu'il pourrait avoir. Le but principal de l'invention est d'obtenir, à partir d'incinérateurs d'ordures ménagères, une production régulière et contrôlée de chaleur, c'est-à-dire une puissance thermique de valeur déterminée sensiblement constante. A cet effet, pour réguler le flux de chaleur pro- duit par un incinérateur d'ordures ménagères, quelles que soient les variations du débit d'alimentation de cet inciné- rateur en ordures ménagères et les variations du pouvoir ca- lorifique de ces dernières, selon l'invention on introduit dans le foyer de l'incinérateur un appoint contrôlé d'un combustible auxiliaire, de préférence au-dessus de la couche incandescente d'ordures ménagères supportée par la grille du foyer, cet appoint contr8ôlé étant asservi à une chaîne de régulation en fonction du débit d'eau chaude ou de vapeur à la sortie de cet incinérateur, de façon à pouvoir assurer à chaque instant, par exemple, la production d'un débit de vapeur d'eau conformément à un besoin défini; si nécessaire l'appoint en combustible au- xiliaire est accompagné d'une introduction supplémentaire contr8ôlée d'air de combustion dans le foyer quand l'excès d'air destiné à la combustion des seules ordures ménagères est insuffisant à la combustion complète du combustible auxi- liaire. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du pro- cédé de l'invention, le combustible auxiliaire est constitué par du charbon réduit en particules pouvant être projetées dans le foyer, audessus de la couche incandescente d'ordures ménagères, soit par voie pneumatique, soit par voie mécanique. De préférence les particules de charbon sont telles que leur combustion a lieu, au moins partiellement, pendant leur sus- pension dans l'atmosphère du foyer, avant qu'elles atteignent ladite couche incandescente. Il est avantageux de prévoir selon l'invention l'emploi d'un moyen de projection des particules de charbon, par exemple une buse, monté réglable en orientation, ce qui permet d'ajuster de façon optimale la trajectoire de ces par- ticules, dans l'atmosphère du foyer, en fonction des conditions de combustion des ordures ménagères. L'invention n'est pas limitée à l'emploi du char- bon comme combustible auxiliaire. On peut aussi utiliser toute autre espèce de combustible, fuel-oil ou gaz naturel par exemple, et tout autre combustible sous forme divisée. Dans une installation qui est ajoutée à un inci- nérateur d'ordures ménagères pour la mise en oeuvre du pro- cédé défini ci-dessus à l'aide de charbon pulvérisé, il est prévu une trémie de stockage du charbon, un dispositif d'ex- traction disposé à la partie inférieure de cette trémie pour en faire sortir progressivement le charbon, une conduite pneu- matique de transport partant de la sortie du dispositif d'ex- traction, un séparateur air-charbon de préférence du type cyclone installé à proximité de l'incinérateur et auquel est raccordée la conduite pneumatique de transport; ce sépara- teur a une première sortie qui est une sortie d'air et qui est raccordée à une entrée d'air secondaire de l'incinérateur, et une seconde sortie qui est une sortie de charbon raccordée à un dispositif doseur qui est lui-même raccordé par une tubulure au foyer de l'incinérateur à un niveau supérieur au lit de ma- tières en combustion et qui est aussi asservi à un paramètre tel que le débit de vapeur, une arrivée d'air de transport est raccordée à la sortie du dispositif doseur. On donnera maintenant une description plus détail- lée d'une installation conforme à l'invention pour l'applica- tion du procédé. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue générale schématique d'une installation associée à un incinérateur d'ordures ména- gères, utilisant le charbon comme combustible auxiliaire, - la figure 2 est un graphique montrant en fonc- tion des jours de la semaine (en abcisse) la puissance (en ordonnée) par rapport à sa puissance nominale 1, d'un in- cinérateur d'ordures ménagères, avec et sans le dispositif de l'invention. Sur la figure 1, un incinérateur d'ordures ména- gères 1, représenté partiellement, a une grille de combustion 2 sous laquelle est insufflé de l'air primaire, en 3, et sur laquelle brûle une couche 4 d'ordures ménagères à l'intérieur du foyer désigné par la référence générale 5. L'installation de l'invention comprend une trémie 6 de stockage de charbon en particules dont les grains ont une grosseur comprise entre 0 et 6 mm. Cette trémie 6 peut être alimentée directement de charbon en grains; elle peut aussi être associée à un crible 7, schématisé par un rectan- gle en trait mixte au-dessus de cette trémie. Le crible 7 trie le charbon qu'il reçoit et il élimine les particules trop grosses. A la partie inférieure de la trémie 6 est monté un dispositif 8 d'extraction du charbon qui se termine par un sas d'expédition 9. Dans cet exemple, la trémie 6 est une trémie séchante qui est parcourue d'air chaud à travers le dis- positif d'extraction 8, à partir d'une batterie de chauffe 10, comme indiqué par des flèches. Le sas d'expédition 9 est alimenté en air de trans- port arrivant en 11. La trémie 6 peut être commune à plusieurs inciné- rateurs 1. Dans ce cas le dispositif d'extraction 8 est suivi d'une écluse 12 à partir de laquelle partent des canalisations 13A, 13B,... Chaque canalisation 13A, 13B aboutit à un cyclo- ne séparateur 14 qui a une première sortie 15, ou sortie d'air, qu'une tubulure 16 raccorde au foyer 5, comme entrée d'air secondaire. Le cyclone 14 a une seconde sortie 17, ou sortie de charbon, raccordée à un dispositif doseur 18 qu'une tubu- lure 19 raccorde au foyer de l'incinérateur 1, en 20, à un niveau supérieur au niveau de la face supérieure de la couche 4 de matières en combustion. Le dispositif doseur 18 est rac- cordé aussi, en 21, à une arrivée d'air de transport. La tubulure 19 pénètre à l'intérieur du foyer 5 et se termine par une partie extrême 19A incurvée et inclinée dont le rayon de courbure et l'inclinaison sont réglables et ajustés en fonction du type d'incinérateur et de la nature du charbon, le résultat le meilleur à obtenir est que, conformé- ment au procédé, le charbon en particules envoyé dans le foyer brnle, au moins en grande partie, avant d'atteindre la cou- che 4 de matières en combustion. Le débit du charbon est régulé par une chaine de régulation connue en soi, représentée en trait interrompu 22, qui agit sur le dispositif doseur 18 en fonction du débit de vapeur, ou d'eau chaude, que fournit l'incinérateur 1. Une autre chaîne de régulation 23 agit sur le dis- positif d'extraction 8, et sur l'écluse 12 éventuellement, en fonction du niveau haut (NH) et du niveau bas (NB) du charbon dans le séparateur 14. Il peut arriver que l'installation soit prévue pour fonctionner avec du charbon pulvérisé dans lequel 80 % des grains ont une grosseur inférieure à 80 microns. A ce degré de finesse, les poussières de charbon sont dangereuses; il est préférable de les produire sur place, dans un broyeur- sécheur de type connu qui est placé au niveau du sas d'ex- pédition 9. La figure 2 est un graphique de la puissance thermique d'un incinérateur d'ordures ménagères pendant les 7 jours d'une semaine de fonctionnement, considérés du samedi au vendredi suivant. Sur cette figure, la courbe A représente les va- riations de la puissance thermique de l'incinérateur par sim- ple combustion des ordures ménagères enfournées. On observe que cette puissance est basse et régulière le samedi (S) et le dimanche (D), jours sans ramassage d'ordures, pendant lesquels on consomme le stock, et qu'elle est plus élevée, mais très fluctuante, les jours ouvrables, suivant les arrivages d'or- dures. Le tracé B indique le niveau de puissance thermi- que que l'on peut garantir à partir de la simple incinération des ordures enfournées. Le tracé C indique le niveau de puissance thermi- que du même incinérateur qui peut être garanti avec l'emploi d'un combustible auxiliaire selon l'invention. Exceptionnellement, le lundi matin, un afflux massif d'ordures ménagères entraîne, pour quelques heures seu- lement, une puissance thermique supérieure à la puissance C recherchée et garantie. A chaque instant, la zone hachurée entre la cour- be A et le tracé C représente la puissance thermique apportée par le combustible auxiliaire. Bien entendu, selon les besoins de la consommation d'eau chaude ou de vapeur, il est possible en appliquant l'in- vention, de suivre une courbe de puissance thermique qui ne soit pas une ligne horizontale. Cette courbe peut prendre toutes les allures possibles, à la seule condition qu'elles soient compatibles avec les conditions d'une bonne régulation du débit de combustible auxiliaire, en particulier avec les temps de réponse des appareils de régulation. Pour les incinérations d'ordures ménagères avec récupération de la chaleur des fumées, les avantages du pro- cédé de régulation thermique selon l'invention sont les suivants: 1. Une bonne régulation de la production thermique récupérée, adaptée à volonté à la demande instantanée. 2. Une garantie d'un niveau déterminé de prQduction de thermies récupérées, donc avec un prix de vente unitaire plus élevé. 3. Une augmentation du rendement global de la ré- cupération de chaleur par: a) réduction au minimum possible compatible avec la tenue des matériaux, de l'excès d'air qui, dans des incinéra- teurs de type connu,dépasse souvent 50 % b) augmentation du rendement de récupération des échangeurs par suite d'une meilleure régularisation du flux thermique les traversant. 4. Un investissement, pour la projection du com- bustible auxiliaire, ainsi que pour sa régulation et pour celle de l'air de combustion, qui reste relativement marginal, de l'ordre de 10 % du prix d'un incinérateur de type connu. 5. Un excellent rendement de la combustion du combustible auxiliaire, celui-ci étant projeté dans une zone très chaude, au-dessus de la couche incandescente d'ordures, qui se tient généralement au-dessus de 950 C. Une bonne orientation de la projection de ce combustible d'appoint améliore encore ce rendement thermique. Il est possible d'apporter à l'installation dé- crite plus haut en détail un perfectionnement consistant à munir la partie extrême 19A de la tubulure 19 d'un moyen de répartition qui favorise une meilleure distribution du combus- tible d'appoint projeté. Ce moyen peut être constitué, par exemple, par des ailettes intérieures inclinées appelées ventelles, ou, aussi, par une coupelle rotative. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réguler le flux de chaleur pro- duit par un incinérateur d'ordures ménagères fournissant un fluide caloporteur, ayant un foyer, avec une grille supportant une couche de matières en combustion, caractérisé en ce qu'on introduit dans le foyer de l'incinérateur un appoint contrôlé d'un combustible auxiliaire en fonction du débit calorifique de fluide caloporteur produit par cet incinérateur, avec une introduction supplémentaire d'air de combustion dans le foyer si nécessaire. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on envoie le combustible auxiliaire dans le foyer à un niveau supérieur à celui de la couche de matières en com- bustion. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le combustible auxiliaire est une matière solide en particules. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que les particules sont des particules de charbon qui ont une finesse choisie pour que leur combustion se produise à l'intérieur du foyer avant qu'elles atteignent la couche de matières en combustion. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que les particules de charbon ont une grosseur comprise entre 0 et 60 mm. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les particules de charbon ont, pour 80 % environ d'entre elles, une grosseur inférieure ou égale à 80 microns. 7. Installation pour la mise en oeuvre du pro- cédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 avec au moins un incinérateur (1) ayant dans un foyer (5) une grille (2) supportant une couche (4) d'ordures ménagères en combustion, et fournissant un fluide caloporteur, caractérisée en ce qu'ellE comprend une trémie de stockage (6) de charbon en particules, un dispositif (8) d'extraction du charbon monté à la base de la trémie (6), un sas d'expédition (9) monté à la sortie du dispositif (8) d'extraction et raccordé à une arrivée (11) d'air de transport, une canalisation de transport (13A) abou- tissant à un séparateur (14) air-charbon ayant une première sortie d'air (15) et une seconde sortie de charbon (17) qui est raccordée à un dispositif doseur (18), une tubulure (19) raccordant la sortie du dispositif doseur (18) au foyer (5) à un niveau (20) supérieur à celui des matières en combustion sur la grille (2), ce dispositif doseur (18) étant commandé par une chaIne de régulation (22) en fonction du débit de va- peur ou d'eau chaude de l'incinérateur. 8. Installation selon la revendication 7 carac- térisée en ce que la première sortie d'air (15) du séparateur (14) aircharbon est raccordée par une tubulure (16) au foyer (5) comme arrivée d'air secondaire. 9. Installation selon la revendication 7 caracté- risée en ce que la trémie (6) est associée à un broyeur-sécheur. 10. Installation selon la revendication 7 pour plusieurs incinérateurs (1) caractérisée en ce que, à la sortie du sas d'expédition (9) est montée une écluse (12) à partir de laquelle s'étendent des canalisations (13A, 13B) en direc- tion respectivement d'un séparateur air-charbon (14) associé à chaque incinérateur. 11. Installation selon la revendication 7 carac- térisée en ce que la tubulure (19) pénètre à l'intérieur du foyer (5) et se termine par une partie extrème (19A) incurvée et inclinée réglable en incurvation et en inclinaison. 12. Installation selon la revendication 7 carac- térisée en ce que la tubulure (19) pénètre à l'intérieur du foyer (5) et elle est munie dans sa partie extrême (19A) d'un moyen de répartition apte à améliorer la distribution du combustible d'appoint.