Brevet FR2614393A1 — publié le 19881028

"Procédé et dispositif pour améliorer la production thermique d'un four d'incinération". Dans les fours d'incinération de petite et moyenne capacité, la chambre de combustion, dans laquelle sont incinérés les déchets, est soumise à des cycles de combustion dont la durée dépend de l'intervalle entre deux chargements. Ces chargements, s'effectuant avec entrée d'air extérieure, font chuter la température des gaz et ont un effet perturbant sur la combustion pyrolytique recherchée dans la chambre de combustion. I1 en résulte que la combustion primaire des déchets est incomplète et que les gaz sont sujets à des variations de température perturbant leur combustion secondaire ultérieure, ou post-combustion.Lorsque ces gaz sont utilisés dans un échangeur à faisceau tubulaire pour élever la température d'un fluide, une mauvaise post-combustion réduit l'élévation thermique des gaz et le rendement énergétique de l'installation d'échange. De plus, les gaz incomplètement brûlés restent chargés en particules grasses qui, en se déposant dans les tubes du faisceau, réduisent les transferts calorifiques gazeux, réduisent le rendement et conduisent à des ramonages fréquents. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé pour améliorer la production thermique d'un incinérateur permettant d'obtenir une combustion totale des gaz, une puissance calorifique maximale et une élévation importante du rendement de l'échangeur thermique disposé en aval de l'incinérateur. Ce procédé consiste à faire passer les gaz comburants, issus de la combustion des déchets, dans des tuyères générant des courants d'air cycloniques, se mélangeant à ces gaz, et à faire brûler le mélange obtenu dans une chambre de post-combustion distincte de la chambre de combustion, avant de diriger les gaz vers un échangeur thermique. Ainsi, les gaz comburants issues de la combustion des déchets se mélangent rapidement à l'air d'appoint, grâce aux tourbillons cycloniques formés par ce dernier, pour constituer un mélange homogène s'enflammant aisément. Cette post-combustion accroît l'énergie calorifique produite grâce à la combustion totale du mélange gazeux homogène obtenu et brûle totalement les particules en suspension dåns le gaz comburant, y compris les particules grasses. Dans une forme de mise en oeuvre, le procédé consiste à provoquer la détente des gaz, obtenus par la post-combustion, dans une chambre de détente disposée en avant de l'échangeur thermique. Cette détente favorise la séparation du fluide gazeux et des particules solides et inertes qu'il peu transporter et qui tombent en fond de chambre de détente. Les gaz sont ainsi débarrasés des poussières qui ne peuvent plus encrasser les faisceaux tubulaires de l'échangeur thermique. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend,entre le sommet de la chambre de combustion et la chambre de post-combustion, une paroi transversale traversée par des tuyères de forme générale circulaire et dans la face interne de chacune desquelles débouchent plus d' une buse d'injection tangentielle raccordée à un circuit d'air d'appoint. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant à titre d'exemple non limitatif une forme d'exécution du dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Figure 1 est une vue de côté en coupe transversale d'un four d'incinération muni du dispositif selon l'invention et associé à un échangeur à faisceau tubulaire, Figures 2 et 3 sont des vues en coupe suivant 11-11 de figure 1 montrant, à échelle agrandie, deux formes de réalisation des tuyères ménagées dans la paroi de séparation des chambres de combustion et de post-combustion, Figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale montrant à échelle agrandie, une forme d'exécution de la cloison escamotable de la chambre de détente. A la figure 1, 2 désigne la chambre de combustion d'un four d'incinération régulièrement alimentée en déchets 3 par un canal 4. 5 désigne un échangeur à faisceau tubulaire 5a et 6 une cheminée d'évacuation. 5b et 5c désignent respectivement l'entrée d'eau et la sortie de vapeur de l'échangeur. Selon l'invention, le four est également muni d'une chambre de post-combustion 7 qui est séparée de la chambre de combustion 2 par une paroi 8. Dans la partie séparant le sommet de la chambre de combustion 2a de la chambre de poste-combustion 7, la paroi 8 est traversée par des tuyères 9, de section générale circulaire, c'est à dire délimitant un cercle comme représenté à la figure 2, un profil oblong, comme représenté à la figure 3, ou un profil elliptique. En fonction des débits de gaz comburants, ces tuyères peuvent être cylindriques comme représenté, mais aussi, coniques, biconiques ou cylindroconiques. Les figures 2 et 3 montrent que, dans chacune des tuyères 9, débouche plus d'une buse tangentielle 10. Ces buses sont raccordées par une canalisation 12 à un collecteur d'alimentation 13 en air d'appoint. Les buses 10 d'une même tuyère 9 sont séparées les unes des autres par des longueurs circonférencielles égales. Une chambre de détente 14, disposée en aval de la chambre de post-combustion 7, est séparée de cette dernière par une paroi 15 traversée par des ouvertures 16 de plus grande section transversale que les tuyères 9 de la paroi 8. La chambre de détente est divisée en deux compartiments distincts par une paroi escamotable 17 s'étendant sur toute sa longueur et toute sa largeur et disposée à mi-hauteur du faisceau tubulaire 5a de l'échangeur thermique. La paroi 17 est composée de volets métalliques oscillants 18 articulés chacun, par l'une de leurs extrémités, sur une bielle commune 19, elle-même reliée à des moyens de commande non représentés. Les bords latéraux trapézoldaux des volets comportent des faces de contact planes 18a-18b aptes à coopérer en position de fermeture pour assurer une fermeture sensiblement étanche.De même les volets extrêmes viennent en contact par des faces 18c avec les faces des parois de -la chambre de détente 14. Lorsque le four est en fonctionnement, les gaz comburants 20,parvenant au sommet 2a de la chambre de combustion, passent à travers les tuyères 9 qui sont alors alimentées par des courants d'air cycloniques 11. Les gaz comburants passent à travers ces courants et se mélangent avec eux pour former un ensemble homogène s'enflammant dans la chambre de post-combustion 7. Lorsque cet agencement est utilisé dans un incinérateur produisant un volume de gaz comburant sensiblement constant, l'apport dans les tuyères d'air d'appoint en proportion constante et régulière, permet d'obtenir un diagramme de combustion pratiquement plat, c'est à dire sans grande variation de la température des gaz, garantissant en cela la combustion totale des gaz et donc l'obtention d'un rendement thermique très élevé dans l'échangeur. Après la chambre de post-combustion 7, les gaz à forte température traversent les ouvertures 16 de la paroi 15, ouvertures qui, en raison de leur plus grande section, provoquent la détente des gaz dans la chambre 14. Par cette détente, les particules solides et inertes transportées par les gaz se séparent de ceux-ci et tombent sur le fond de la chambre de détente directement ou après repos temporaire sur la paroi escamotable 17. De la chambre de détente, et comme représente par les flèches, lorsque la cloison escamotable 17 est en position de fermeture, les gaz chauds traversent la partie supérieure puis la partie inférieure du faisceau tubulaire 5a en cédant leurs calories à ce faisceau. A la sortie du faisceau, les gaz sont conduits à la cheminée 6 par une canalisation 22. Lorsque la cloison escamotable 17 est en position d'ouverture comme montré à la figure 5, c'est à dire lorsque ses volets 18 sont redressés pour délimiter entre eux des passages libres, les gaz chauds vont directement au conduit 22 et à la cheminée 6. Cette cloison 17 joue donc le rôle de vanne de déviation ou bypass et permet d'interrompre l'échange colorifique gaz-eau dans l'échangeur. Il faut noter que, dans cette position de la paroi 17, les gaz chauds lèchent la face antérieure de l'échangeur 5 mais sans risque de dégradation car celle-ci est en permanence refroidie par la faible circulation du fluide par un effet de thermo-siphon. I1 ressort de ce qui précède que le procédé et le dispositif selon l'invention permettent, par des moyens simples, d'améliorer la combustion des gaz comburants, d'élever la moyenne de leur température et d'augmenter le rendement thermique de l'installation. De plus, ils permettent de disposer l'échangeur thermique immédiatement à côté du four d'incinération, tout en supprimant la traditionnelle chambre de détente cyclonique, jusqu'alors interposé entre. le four et la chaudière pour assurer la décantation des particules solides en suspension dans les gaz. Un tel dispositif peut être utilisé dans tout four d'incinération. Toutefois, les meilleurs résultats sont obtenus dans un four comportant un dispositif d'alimentation autonome en déchets, de même qu'un dispositif d'évacuation des scories évitant les prises d'air et permettant la maitrise de la combustion pyrolytique, dispositifs du type décrit dans les demandes de brevets déposées le même jour par la demanderesse et ayant pour titre "dispositif pour l'alimentation autonome d'un four" et "dispositif d'extraction de scories pour four et incinérateur". REVENDICATIONS 1. Procédé pour améliorer la production thermique d'un four d'incinération caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer les gaz comburants (20), issus de la combustion des déchets, dans des tuyères générant des courants d'air cycloniques (11) se mélangeant à ces gaz et à faire brûler le mélange obtenu dans une chambre de post-combustion (7), distincte de la chambre de combustion (2), avant de diriger les gaz vers un échangeur thermique (5). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste à provoquer la détente des gaz, obtenu par la post-combustion, dans une chambre de détente (15) disposée en avant de l'échangeur thermiquè (5). 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comprend, entre le sommet (2a) de la chambre de combustion (2) et la chambre de post-combustion (7), une paroi (8) traversée par des tuyères (9) de forme générale circulaires et dans la face interne de chacune desquelles débouchent plus d'une buse d'injection tangentielle (10), raccordée à un circuit (12-13) d'air d'appoint. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les tuyères (9) de la paroi (8) ont une section transversale circulaire. 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les tuyères (9) de la paroi (8) ont une section transversale elliptique. 6. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les tuyères (9) de la paroi (8) ont une section transversale oblongue. 7. Dispositif selon la revendication 3 et l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce qu'une chambre (14) de. détente des gaz est interposée entre la chambre de post-combustion (7) et l'échangeur thermique (5) et est séparée, dela chambre de post-combustion (7) par une paroi (15) comportant des ouvertures (16) dont les sections transversales sont supérieures à celles des tuyères (9). 8. Dispositif selon les revendicaions 3 et 7 et l'une quelconque des revendications-4 à 6 caractérisé en ce que la chambre de détente (14) est séparée en deux compartiments par une paroi escamotable (17) qui, disposée à mi hauteur du faisceau (5a) de l'échangeur (5) constitue vanne de déviation des gaz chauds. 9. Dispositif selon la revendication 8caractérisé en ce que la paroi escamotable est composée de volets métalliques oscillants (18) qui, articulés, chacun et par l'une de leurs extrémités, sur une bielle commune (19) reliée à des moyens de commande de leur position, sont munies sur leurs bords latéraux de faces planes de contact (18a-18b) aptes à coopérer en position de fermeture avec celles des volets voisins pour assurer une fermeture sensiblement étanche, tandis que les volets de bordure sont munis de faces (18c) aptes à venir en contact avec les parois de la chambre de détente.