Brevet FR2630812A1 — publié le 19891103

Perfectionnement aux chambres de post-combustion. L'invention concerne un dispositif appelé chambre de post-combustion qui est placé immédiatement après une chambre de combustion et qui a pour fonction d'assurer une épuration des effluents gazeux issus de la chambre de combustion. De telles chambres de post-combustion sont déjà décrites dans leur.principe dans le brevet FR 1 578 136. L'incinération des produits n'est pas toujours complète, notamment dans le cas des déchets contenant de la cellulose ou des 1l matières plastiques. Il ressort de la chambre de combustion des gaz chargés en noir de carbone, en polluants toxiques (phosphine, dioxine..) résultant d'une décomposition incomplète, et en imbrOlés. Le brevet FR 1 578 136 montre que-de tels gaz peuvent être traités pour être épurés dans une chambre de post-combustion placée immédiatement après la-chambre de combustion. Il règne dans la chambre de post-combustion une température supérieure à celle de la chambre de combustion et les gaz y séjournent plus longtemps, de sorte qu'une seconde réaction de combustion a lieu. Les figures 1 et 2 montrent des chambres de post-combustion divulguées dans la littérature. Les figures 3 à 5 ont trait le plus particulièrement à l'invention. Selon la figure 1, les gaz issus de la chambre de combustion 1, chargés en noir de carbone qui encrasse les filtres 2 passent dans une chambre de post-combustion 3 remplie de grains de produits réfractaires 4 en vrac présentant une grande surface de rayonnement. Ces produits peuvent être du carbure de silicium, du corindon... Le lit 3 de grains réfractaires est maintenu à haute température (plus de 850 C) en atmosphère oxydante, par exemple par chauffage direct à l'aide d'un brûleur 5. La disposition du brûleur est telle que les gaz charges en noir de carbone traversent la flamme du brûleur avant de s'engager à travers le lit de matériaux réfractaires. Le début de l'air entrant dans l'incinérateur est réglé 26308 12 de sorte que les gaz issus de la combustion contiennent en permanence quelques % d'oxygène. Les gaz, portés à une température suffisamment élevée pour assurer la combustion du noir de carbone, traversent le lit lui-même maintenu en température. Ce faisant, des chocs et des changements de direction successifs sont produits sur les gaz, ce qui entraîne une augmentation du temps de séjour des gaz et surtout des particules de noir de carbone favorable à la combustion. Le lit filtrant se colmate à la longue et son remplacement est nécessaire. Jusqu'à maintenant, on vidait la totalité de la chambre et on la remplissait ensuite avec du produit neuf. Les produits réfractaires ôtés sont des déchets technologiques qui doivent être stockés. Dans le cas o il est incinéré des déchets nucléaires, le lit filtrant usagé,chargé en particules radioactives doit être stocké dans des conteneurs particuliers garantissant un stockage sûr, c'est-à-dire sans risque de dissémination des particules radioactives dans l'environnement.Ces opérations de remplacement et de stockage de la totalité des produits réfractaires s'avèrent coûteuses à la longue. Par ailleurs, la demanderesse a constaté que la partie supérieure du lit filtrant, du fait de son exposition à la flamme du brûleur, est plus endommagée que le reste lit. Les grains, qui neufs présentent des pointes multiples, ont maintenant leur surface détériorée, érodée (les pointes sont émoussées) et on observe également un frittage au niveau des surfaces des grains. Il faut donc arriver à éliminer la partie supérieure du lit. Afin de réduire la quantité de produits réfractaires à utiliser et à stocker, la demanderesse propose une chambre de post-combustion avec une partie inférieure en forme de Y, et les deux branches du Y étant remplies à des niveaux différents de produits réfractaires. Une telle disposition a fait l'objet d'une communication par l'inventeur à la conférence internationale de Hong-Kong du 29 novembre au 5 décembre 1987 (ASME International Waste Management Conférence). La figure 2 représente plus en détail une telle réalisation dans laquelle les gaz issus de la chambre de combustion 6 sont chauffés par un brûleur 7 avant de passer dans la chambre de post-combustion 8. De même que dans l'art antérieur selon le brevet précité, la chambre de post-combustion 8 présente un fond conique 9. Ledit fond est prolongé par une tubulure 10 de façon à donner à la chambre une forme géométrique en Y formant un siphon. Le lit filtrant 11 est ainsi soutiré par gravité, dans un fût 12 par ouverture de la vanne d'étranglement 13 et glissement des grains sur le fond cônique. La chambre de post-combustion 8 est séparée par un mur vertical 14 en 2 compartiments 15 et 16 contenant un lit filtrant de même nature que celui du brevet de l'art antérieur précité. Les deux branches du siphon sont remplies inégalement en hauteur. Le niveau du lit est plus bas dans le compartiment correspondant à l'entrée des gaz (compartiment 15 selon la figure 2). Cette différence de niveaux du lit filtrant permet d'une part expansion des gaz entrant dans le compartiment 15 avant leur contact avec le lit, ce qui diminuera la vitesse de passage des gaz dans ledit lit et d'autre part, la réaction de combustion et la filtration principalement effectuées dans le compartiment 16. Seule la partie supérieure du lit filtrant située dans le compartiment 15 est exposée aux flammes du brûleur et aux températures les plus élevées. On a ainsi diminué la quantité de grains exposés dont la surface est détériorée. Lorsqu'il y a colmatage la vidange par le siphon permet d'évacuer totalement les grains du compartiment 15 et partiellement ceux du compartiment 16. On réalise ainsi une économie en produits réfractaires. 263081 2 Le lit est remis à ses 2 niveaux par déversement de grains de produits réfractaires à partir d'une ouverture 17 aménagée dans le haut du compartiment 16. Les 2 compartiments communiquant, le niveau remonte également dans le compartiment 15. La demanderesse a observé que la vidange et le remplissage du lit filtrant ainsi que décrits ne sont pas toujours aisés: les grains plus ou moins colmatés, plus ou moins agglomérés, peuvent former des redans sur le fond c6nique et gêner i0 l'écoulement par le siphon. De plus, les grains ne s'écoulent pas toujours bien du compartiment 16 vers le compartiment 15, de sorte qu'on n'est pas assuré d'un niveau du lit dans ledit compartiment 15. Il a également été constaté un autre inconvénient pour la réalisation de ladite chambre de post-combustion. En effet, le mur 14 vertical de séparation de ladite chambre en 2 compartiments doit pouvoir résister à des poussées latérales d'agrégats et de grains d'une part et compenser des dilatations thermiques en cours de fonctionnement d'autre part. Le mur est réalisé habituellement en briques réfractaires et il est soulagé par reprise extérieure des poussées sur des fers profilés. On emploie généralement pour bloquer l'ensemble des tirants ou des poussoirs à ressort. Ce type de blocage est encombrant et plus difficilement applicable lorsque la chambre possède une double enveloppe étanche, à circulation d'air par exemple comme il est nécessaire d'en avoir lorsqu'il y a risque de contamination (cas de l'incinération des déchets nucléaires par exemple). En effet, la double enveloppe, qui ne possède pas de résistance, permet difficilement l'installation en ancrage solide des compensateurs d'effort. Pour pallier ces inconvénients, il est proposé selon la présente demande, une chambre de post-combustion comprenant un fond conique prolongé par une tubulure, un mur vertical la séparant en 2 compartiments contenant un lit filtrant, ledit lit étant à un niveau plus bas dans le compartiment par lequel entrent les gaz, et ladite chambre comprenant également une ouverture pour l'évacuation des gaz ayant traversé le lit filtrant et une ouverture dans la partie haute du compartiment par lequel sortent les gaz pour l'introduction du matériau du lit filtrant, chambre dans laquelle le mur vertical est terminé en sa partie basse par une voûte en briques réfractaires s'appuyant sur des surfaces opposées du fond cônique de la chambre de post-combustion. La forme exacte du "fond conique" de la chambre de post-combustion peut être quelconque; elle peut être constituée d'une ou plusieurs portions de cônes convenablement raccordés mais elle peut également comporter des surfaces planes inclinées par rapport à la verticale ou même être constituée uniquement de surfaces planes formant un tronc de tétraèdre. On voit en détail sur les figures 3 à 5 les éléments de construction de la chambre de post-combustion, représentée sur la figure 3 selon une vue dans un plan perpendiculaire à la représentation de la figure 2. Ladite chambre a ses parois 18 en briques réfractaires, d'épaisseur convenable selon l'isolation thermique désirée; elle comporte des parois droites 19 et inclinées 20 formant le fond cônique 21. La chambre est fermée en sa partie inférieure par un plancher 22 et en sa partie supérieure par un plafond 23, en briques réfractaires. Les ouvertures nécessaires au passage des gaz, au remplissage ou à la vidange du lit filtrant.. sont aménagées dans lesdites parois et plafond. Sur la figure 3, on a représenté une chambre de post-combustion particulière avec une double enveloppe 24 à circulation d'air et des tirants et poutrelles 25, 26 de.fixation au bâtiment. Le mur 27 selon l'invention est formé de briques réfractaires, de préférence à rainures et languettes ainsi que le montrent les figures 4a à 4c, ce pour obtenir un ensemble monolithique l'on bloque avec un ciment spécial. 263 0812 Il est terminé en sa partie basse par une voûte 28 en briques réfractaires s'appuyant sur les parois de la chambre de post-combustion. Avantageusement, la voûte est constituée de briques de forme trapézoïdale (figure 5) dont les dimensions peuvent varier selon leur emplacement sur la voûte. On. peut également utiliser des briques de forme parallélogramme munies de clé et évidement de façon à s'emboîter les unes dans les autres, sans adjonction de ciment. La voûte 28 s'appuie sur les parois inclinées 20 du fond cônique 21 de la chambre, de façon à avoir un mur qui descende suffisamment bas dans la chambre pour réduire la quantité de produits réfractaires à vidanger. Le remplacement de la base du mur droite par une voûte permet d'améliorer la vidange et le remplissage du lit filtrant. En effet, la voûte dégage un espace qui permet de donner des pentes d'au moins 45 aux parois inclinées formant le fond cônique, rendant ainsi très aisée l'évacuation des produits réfractaires. De préférence, on choisit pour la paroi inclinée du compartiment 15 par lequel entrent les gaz, une pente supérieure à celle de l'autre compartiment, de façon à favoriser l'évacuation des produits réfractaires de compartiment 15 plutôt que ceux du compartiment 16. Cet espace dégagé par la voûte permet également un écoulement amélioré des produits réfractaires lors du remplissage. Les grains disposent d'un espace suffisant pour passer d'un compartiment à l'autre et le niveau le plus bas est atteint plus rapidement, plus aisément et de façon plus certaine. Un tel dispositif est appliquable pour l'incinération de déchets ménagers par exemple. Il a été employé avec succès pour l'incinération de déchets nucléaires. Ce sont des déchets à base de cellulose (papiers, cartons, chiffons) et de plastiqués (polyéthylène, polychlorure de vinyle). Leur valeur calorifique est d'au moins 30 000 kj/kg. La chambre de combustion est constituée par un four à pyrolyse. Il règne dans la chambre de post-combustion une 26308 12 température supérieure à 1200 C, alors qu'elle est de 1000 C dans le four. Le fond conique présente une pente de 45 sur le compartiment 16 et une pente de 55 sur le compartiment 15. La voOte a une flèche de 250 mm pour une portée de 1 m. Elle s'appuie pratiquement sur les milieux des parois du fond cOnique (qui à 2 parties). De cette façon, on n'a à changer qu'un tiers du lit filtrant. Les résultats-des mesures de la radioactivité montrent qu'une grande partie des substances radioactives qui entrent dans la chambre de post-combustion sont retenues dans le lit filtrant en carbure de silicium,: sur le gaz entrant dans la chambre 4000 coups/s sur le gaz sortant de la chambre 100 coups/s Ils montrent également que la combinaison de la chambre de combustion et de la chambre de postcombustion permet de retenir % des cendres et des cendres volantes. 263 0 8 1 2 REVENDICATION Chambre de post-combustion pour le traitement des gaz issus d'une chambre de combustion, comprenant un fond cônique (9) prolongé par une tubulure (10),, un mur vertical (14) la séparant en'2 compartiments contenant un lit filtrant, ledit lit étant à un niveau plus bas dans le compartiment par lequel entrent les gaz, et ladite chambre comprenant également une ouverture pour l'évacuation des gaz ayant traversé le lit filtrant et une ouverture dans la partie haute O10 du comparti ment dans lequel sortent les gaz pour l'introduction du matériau du lit filtrant, caractérisé en ce que le mur vertical (14, 27) est terminé en sa partie-basse par une voOte (28) en briques réfractaires s'appuyant sur des surfaces opposées du fond cOnique de la chambre de post-combustion.