Brevet FR2581164A1 — publié le 19861031

L'invention concerne les fours destinés à l'incinération des déchets urbains et industriels. L'invention s'applique aux fours équipés d'une insufflation d'air ou de gaz comburant sous le lit des déchets, en particulier aux fours tournants ou oscillants à grilles fixes ou mobiles. Il est connu que les cendres et machefers résidus de l'incinération de déchets urbains ou industriels ont un point de fusion qui se situe entre 11000 et 1300 degrés Celsius. Il est également connu qu'avant de fondre,ces résidus passent par un état pâteux qui peut déjà commencer au-dessus de 800 à 900 degrés Celsius. Ces laves liquides ou pateuses sont la cause de nombreuses difficultés dans l'exploitation de fours d'incinération : blocage des grilles, obstruction des orifices de soufflage d'air, encrassement du four, collages sur les réfractaires, détériorations des revêtements,...etc. Ces inconvénients apparaissent d'autant plus rapidement que les déchets ont un pouvoir calorifique élevé. En effet, avec ce type de déchets, la température a tendance à s'élever très rapidement quand la combustion commence. Que l'on augmente la quantité d'air comburant ou qu'on la diminue, la température ne baisse pas pour autant. Si on augmente le débit d'air, on produit un effet de "soufflet de forge", et si on le diminue, l'excès d'air baisse au niveau de la sortie des buses ou au-dessus de la grille, ce qui a également pour effet de faire élever localement la température avec pour conséquence de faire fondre les machefers au niveau du lit de combustion et les cendres volantes qui vont se coller sur le revêtement réfractaire du four. Dans la plupart des installations d'incinéra tion de déchets, la température des gaz à la sortie du four est réglée au moyen d'une quantité plus ou moins grande d'air de dilution. Si le pouvoir calorifique des déchets est peu élevé, l'air de dilution est réparti suivant des techniques connues en augmentant l'air primaire et/ou l'air secondaire. Mais ceci ne supprime pas le phénomène de la fusion des machefers et des cendres volantes si le pouvoir calorifique inférieur des déchets dépasse une certaine valeur qui se situe aux environ de 2 000 Kcal/kg. Le but de l'invention est de pallier ce phénomène. On y parvient, selon l'invention, en contrô lant la vitesse et la température de la combustion. Dans le procédé de l'invention, on utilise comme gaz comburant un mélange d'air et de fumées recyclées. Comme la température et la vitesse de combustion dépendent de la quantité d'oxygène disponible dans le gaz comburant, le procédé de l'invention permet de contrôler la teneur en oxygène dans le gaz comburant indépendamment de son débit. Un four conforme à l'invention comprend donc des moyens pour recycler dans la chambre de combustion une partie des fumées produites par la combustion des déchets. Par ailleurs, il est connu que la combustion des déchets solides quel que soit leur pouvoir calorifique est très améliorée en injectant au moins en partie le gaz comburant sous les déchets par des grilles ou des buses de soufflage. Il est important aussi de pouvoir bien répartir le gaz comburant, sous et sur les déchets, afin de contrôler la combustion selon le pouvoir calorifique de ces déchets, et l'invention a également pour objet un dispositif pour contrôler la répartition du gaz comburant selon la qualité des produits à incinérer. On décrira ci-après des réalisations préférées conformes à l'invention, n référence aux figures du dessin joint, la description et les igures faisant apparaître d'autres particularités de l'invention. Sur les figures - la figure 1 est un schéma de principe d'une installation selon un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est un schéma de principe de l'invention selon un second mode de réalisation ;; - la figure 3 est une coupe longitudinale selon A-A' d 'un four tournant équipé conformément à la présente Invention - la figure 4 est une coupe transversale du four de la figure 3 selon le plan de coupe C-C' - la figure 5 est une autre coupe transversale du four de la figure 3 suivant le plan de coupe D-D' - la figure 6 est une perspective schématique d'un moyen utilisé pour régler l'admission de gaz comburant sous le lit de déchets - la figure 7 est une coupe lonvitudinale d1 un four oscillant équipé conformément à la présente invention - les figures 7A à 7D sont des coupes transversales schématiques montrant les différentes phases d'admission ou de non-admission de gaz comburant au cours d'une oscillati 1 du four représenté figure 7. Sur les figures 1 et 2, on a représenté la chambre de combustion 1 d'un four avec une entrée 2 pour des déchets, une grille ou sole percée de buses 3 qui porte les déchets, des entrées de gaz comburant primaire 4 sous les déchets et secondaire 6 sur les déchets, avec leurs registres 5 et 7, un système de refroidissement 8 des fumées produites par la combustion, par mélange ou échange thermique, un système de traitement 9 des fumées par lavage et/ou dépollss érage, et/ou traitement chimique. Le ventilateur de tirage li a pour but d'évacuer les fumées à l'atmosphère par la cheminée 12 en maintenant une certaine dépression dans le four 1, grâce à un registre régulé 10 ou par tout autre système connu. Le dispositif comprend également des moyens constituant un circuit primaire et un circuit secondaire d'air comburant, aboutissant dans la chambre de combustion, respectivement sous les déchets par 1' entrée 4 et au dessus des déchets par l'entrée 6. Tout ceci est bien connu de l'homme de métier. Selon l'invention, les circuits d'air comburant sont alimentésnon seulement à partir d'une source d'air mais aussi à partir du circuit des fumées de la chambre de combustion. Dans la figure 1, un ventilateur de soufflage 14 envoie le mélange de gaz comburant dans le four par les circuits primaire et secondaire aboutissant respectivement aux entrées 4 et 6. Les registres 5 et 7 sont destinés à répartir suivant un procédé connu les débits des circuits primaire et secondaire. La quantité et la concentration en oxygène du gaz comburant sont réglés au moyen des registres 15 et 16 qui sont télécommandés par l'opérateur suivant la nature des produits à traiter et les indications des appareils de contrôle, ou commandos par une régulation automatique contrôlant la température des fumées à la sortie du four ainsi que la teneur en oxygène dans les fumées et dans le mélange comburant.Si les pertes de charge des circuits aboutissant respectivement aux entrées 4 et 6 sont très différentes, il est avantageux d'utiliser deux ventilateurs séparés 14a,14b. Le schéma devient celui de la figure 2. Il peut également être avantageux d'utiliser deux ventilateurs si on veut pouvoir régler séparément la température et la teneur en oxygène de chacun des gaz comburants primaire et secondaire au moyen des deux ensembles de registres 15a,16a et 15b,16b. L'invention concerne également les moyens d'introduction de gaz comburant dans le cas des fours tournants ou oscillants ayant la forme géométrique d'un cylindre, d'un tronc de cône ou d'un cylindre et d'un tronc de cône. Dans de premières réalisations, l'air comburant était introduit par des ouvertures à joints coulissants. L'air se répartissait ensuite dans une chemise placée entre l'enveloppe extérieure métallique et le revêtement réfractaire évidé. Cette chemise communiquait avec le four par des orifices prévus dans le revêtement réfractaire de la cellule de combustion. Selon l'invention, la chambre de combustion est entourée par une double enveloppe en tôle d'acier divisée en deux séries de canaux 19 et 25 qui s'étendent selon la longueur de la chambre et qui sont alternés et séparés par des séparations soudées participant à la rigidité de l'ensemble (figure 3). Sur les canaux 25 sont fixées par soudure ou tout autre moyen approprié des buses d'injection de gaz comburant 26. Le gaz comburant primaire avantageusement obtenu suivant le procédé de l'invention défini plus haut dans le cas de la figure 2, est introduit par l'entrée 4, se répartit dans un anneau collecteur annulaire 18 placé à l'extrémité (amont) de la chambre de combustion et alimente les canaux 19 par des orifices 18a (voir les figures 3, 4 et 7).Ces canaux 19 déversent le gaz comburant par des orifices 20 dans un collecteur annulaire 21 placé à l'extrémité haute (aval-) de la chambre de combustion. A l'intérieur de ce collecteur, des registres 22 permettent l'alimentation en gaz comburant de tout ou partie des canaux 25 desservant les buses de soufflage 26 (voir figures 3, 5, 7, 7A, 7B, 7C, 7D). Dans une réalisation simple, les registres 22 sont constitués par des volets montés à pivotement dans les entrées des canaux 25, le degré d'obturation des canaux dépendant de l'angle de pivotement des volets. En pratique, il est généralement suffisant que les volets aient deux positions stables dans lesquelles ils obturent ou ils dégagent respectivement les canaux. Pour commander le passage d'une position à l'autre, les volets 22 sont fixés à des axes 23 qui portent à l'extérieur des canaux des lames en croix 24. Des butées fixes réglables 27 à 30 sont situées sur le trajet que parcourent les lames en croix. Lorsque la chambre de combustion tourne à pivotement sur elle-même, ces butées viennent en contact avec les lames en croix et les font tourner d'un quart de tour lorsque ces lames défilent devant les butées. L'arrêt exact en position ouverte ou fermée des registres est de préférence assuré par des lamesressorts enserrant les axes de section carrée de ces registres suivant un procédé connu. Si on place deux butées convenablement disposées telles que les butées 27 et 28 représentées sur la figure 5, on comprend que l'on peut ouvrir l'alimentation des canaux en gaz comburant quand ces canaux arritzent sous les déchets et la refermer quand ils quittent cette zone. En plaçant deux butées supplémentaires en position 29 et 30, on peut aussi dériver une partie du gaz comburant au-dessus des déchets, ce qui a pour effet de réduire l'activité de la combustion tout en diluant les gaz produits Le nombre de canaux et donc de rangées de buses est adapté à la tai7le du four incinérateur. S"1 s'agit d'un four rotatif à mouvement oscillant (figure 7), on utilise de préférence un dispositif tel que celui représenté sur la figure 6, les deux branches de la croix étant décalées le long de lgarbre du registre. Ce système permet de commander es registres par des butées différentes selon le sens de rotation de la cellule afin de tenir compte de l'emplacement du lit de déchets qui se déplace d'un côté à l'autre à chaque demi-oscillation. Les branches de la croix en trait plein sont commandées par des butées également en trait plein ce sont les commandes de fermeture. De même, les branches de la croix en traits pointillés sont commandées par des butées également en traits pointillés : ce sont les commandes de fermeture (figures 7A, 7B, 7C et 7D). REVENDICATIONS 1. Procédé pour contrôler la combustion de déchets dans la chambre de combustion d'un four d'incinération où les déchets forment un lit, où de l'air est envoyé comme gaz comburant dans la chambre et où la combustion produit des fumées qui sont extraites du four, caractérisé en ce que pour contrôler ladite combustion, on mélange cet air et une partie desdites fumées pour obtenir un mélange gazeux appauvri en oxygène et on envole ce mélange comme gaz comburant dans la chambre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on envoie le mélange comburant sous etJou au-dessus du lit de déchets. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise deux mélanges dlair et de fumées et que l'on envoie respectivement ces mélanges sous le lit de déchets et au-dessus du lit de déchets. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fumées sont refroidies avant ledit mélange. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fumées sont traitées , dépoussiérées et/ou lavées avant ledit mélange. 6. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 5, cette installation comprenant un four d'incinération comportant une chambre de combustion (1), des moyens pour réaliser un lit de support (3) des déchets dans la chambre, des moyens (8-12) pour constituer un circuit d'évacuation des fumées produites par la combustion et des moyens (16,5,4) pour constituer un circuit d'air comburant aboutissant dans la chambre, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (13,14,15) pour réaliser une liaison de gaz entre ledit circuit d'évacuation des fumées et ledit circuit d'air comburant afin de mélanger une partie des fumées et l'air comburant. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit circuit d'air comburant comprend une branche (5,4) qui aboutit sous le lit (3) de déchets ou une branche (7,6) qui aboutit au-dessus de ce lit. 8. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (16a, 14a,4 ; i6b, 14b,6) pour constituer un circuit de gaz comburant aboutissant sous le lit (3) de déchets et un circuit aboutissant au-dessus de ce lit, et des moyens 13,15a ; 13,15b) pour constituer une liaison de gaz entre ledit circuit d'évacuation des fumées et chacun des deux circuits de gaz comburant. 9. Installation selon l'une des revendications 6 à 8, et dans laquelle la chambre de combustion tourne ou pivote sur elle-même, caractérisée en ce qu'elle comporte un collecteur annulaire (21) de distribution de gaz comburant qui entoure la chambre et qui en est solidaire, des canaux de distribution (25) qui relient ce collecteur à des buses de soufflage placées sous le lit de déchets, des registres (22) qui règlent l'admission de gaz comburant dans les canaux à partir du collecteur et des moyens (23-30) pour commander les registres. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens pour commander les registres comprennent des butées (27-30) fixes réglables qui actionnement mécaniquement les axes des registres. 11. Installation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que ledit collecteur annulaire (21) se trouve à l'extrémité aval de la chambre de combustion et est alimenté en gaz comburant par une pluralité de canaux d'alimentation (19) qui partent d'un collecteur annulaire (18) placé à l'extrémité amont de la chambre. 12. Installation selon l'une des revendications 6 à 1 1, caractérisée en ce que le gaz comburant comprend deux collecteurs annulaires (18,20) placés respectivement aux extrémités amont et aval de la chambre et deux séries de canaux (19,25) qui s'étendent le long du pourtour de la chambre et sont alternés, les canaux (19) de l'une des séries reliant les deux collecteurs et les canaux (25) de l'autre série reliant le collecteur aval à des buses de soufflage de gaz dans la chambre.