Brevet FR2645625A1 — publié le 19901012

La présente invention concerne un procédé pour le traitement de déchets ménagers, ainsi qu'une chaudière pour la mise en oeuvre de ce procédé. On sait que les déchets ménagers constituent une matière particulièrement hétérogène et, de ce fait, leur incinération en l'état est une technique difficile à mai triser. En effet, de tels déchets se composent de trois fractions presentant des caractéristiques et un comportement lors de la combustion qui sont très différents, à savoir une fraction inerte comprenant notamment le verre et les métaux, une fraction fermentescible très humide, et enfin une fraction combustible sèche qui est constituée principalement de papier, de carton, de chiffons et de matière plastique, et dont la valeur calorifique est relativement élevée. La présente invention vise à extraire cette fraction combustible des déchets ménagers à traiter, puis à l'incinérer après un conditionnement sommaire. Un procédé connu ayant les mêmes fins consiste à soumettre les déchets & traiter & un broyage, puis à une séparation magnétique qui élimine les métaux ferreux, et à un criblage qui sépare la matière organique fermentescible des produits combustibles. Ces derniers, d'une granulométrie plus grossière, constituent les refus de criblage, alors que la fraction fermentescible, plus fine, passe & travers les mailles du crible. Les produits combustibles sont brûlés dans un four d'incinération classique. Un but de la présente invention est de proposer un procédé qui permette notamment une meilleure valorisation des sous-produits contenus dans les déchets ménagers, tout en conservant un bilan thermique au moins égal a celui du procédé connu qui a été évoqué ci-avant. Selon l'invention, ce but, et d'autres qui apparai- tront par la suite, sont atteints grace à un procédé de traitement de déchets ménagers -qui est caractérise par le tait que l'on soumet directement les déchets a traiter a un criblage dont la granulométrie de coupure est, de prétéren- ce, voisine de 150 mm, et dont le refus est broye pour tournir une fraction combustible, et que l'on brüle cette derniere, avec recuperation de l'énergie produite, dans -une chaudiere a grille. Comme on le verra par la suite, ce procede permet d'obtenir des sous-produits facilement valorisables, cependant que l'utilisation d'une chaudière å grille spécialement conçue pour brüler la fraction combustible des déchets présente des avantages déterminants par rapport a 1' emploi de fours d'incinération classiques. L'invention concerne également une chaudière pour la mise en oeuvre de ce procede, du genre comprenant, dans une enveloppe, une grille qui est parcourue par le combustible et qui est traversez de bas en haut par de l'air -primaire, et un echangeur de chaleur pour récupérer la chaleur contenue dans les fumées1 cette chaudiere etant caractérisée par le fait qu'elle comprend une grille a étagesdont les etages sont alternativement constituées par des barreaux fixes et par des barreaux qui peuvent ëtre déplacées sous l'effet d'une commande extérieure dans le sens longitudinal des barreaux. bette disposition facilite les déplacements sur la grille du produit combustible qui résulte de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et qui se presente sous la forme d'un duvet cotonneux appelé "fluff". Avantageusement, cette chaudière comporte des arrives d'air secondaire qui sont situees dans les nez de voute et qui injectent de l'air b haute vitesse et a ilux croisés pour assurer une combustion complète de l'oxyde de carbone et contrôler la température des gaz. Four eviter les accrochages a l'entrée du recuperateur de chaleur, la chaudiere selon l'invention comporte de préférence un ecran réfractaire vertical a l'entrée des tubes d'échange de chaleur. ce ce qui concerne maintenant les barreaux de la grille de chaudiere selon l'invention, la nature particulie- re des produits à traiter rend avantageux que leur nez comporte un pan coup, de préférence a 45-, et/ou que leurs cotes présentent a leur partie inferieure des ailettes obliques de guidage d'air qui se terminent immédfatement audessous d'interstices de fuite d'air menagés entre chaque paire de barreaux adjacents. Selon une norme de realisation avantageuse qui limite leur usure, les barreaux précités reposent au voisinage de leur nez sur une barrette de glissement transversale, cependant que, pour canaliser ces dilatations, les barreaux d'un même étage sont de préférence reliés entre eux par des axes de liaison transversaux qui sont décalés dans le sens transversal. enfin, pour augmenter la résistance mécanique et la conductibilite thermique des barreaux en question, ils sont de préférence tabriqués en fonte contenant de 15 à 187. de chrome. La description qui va suivre, et qui ne presente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit ëtre lue en regard des dessins annexes, parmi lesquels: - La figure 1 indique, sous la forme d'un diagramme par blocs, les diverses étapes du procédé selon l'invention; - La tigure 2 montre une vue en coupe verticale hautement schématique de la chaudibre selon l'invention qui sert a la mise en oeuvre du procede de la figure 1 - La figure 3 represente une vue de cote partielle de la grille de la chaudière de la figure z ; et - La figure 4 montre une vue en coupe agrandie prise selon la ligne lV-lV de la figure 3. Après leur réception schématisée par l'étape 1 de la figure 1, les dechets bruts à traiter sont criblés en 2. de préférence dans un filtre rotatif, de manière å séparer du passant 3 la fraction combustible constituant le refus 4. n effet l'étude de la composition granulométrique des déchets bruts montre que les produits de grosse granulo metrie, c'est-å-dire de taille supérieure & 120 ou 150 mm, sont essentiellement des papiers, des cartons, des matières plastiques et des chiffons, alors que les autres produits comme les ferrailles, le verre et les produits fermentescibles sont de taille inférieure a 1OU mm. Le criblage 2 permet donc une concentration de chacune de ces fractions. en outre, ce criblage facilite un tri éventuel 5 de matériaux recyclables 6 comme le verre qui n'est pas pulvérisé et que l'on peut alors extraire très facilement. D'autre part, la fraction fermentescible 7 obtenue après un tel tri b est tre propre, et elle peut etre valorisée, par exemple gracie å un compostage. Le refus 4 du criblage 2, qui constitue la fraction combustible, est ensuite soumis a un broyage 8, et on obtient un produit combustible homogène 9 dénommé "tlu$f". Ce mot anglais signifie "flocon" ou "duvet", et il décrit parfaitement l'aspect cotonneux du produit combustible 9. Comparé aux dechets ménagers bruts, ce produit combustible 9 présente plusieurs avantages, parmi lesquels le fait que sa granulométrie et sa composition sont plus homogènes, que sa valeur calorifique, comprise entre 2.800 et 3.000 thermies par tonne, est plus élevée et surtout relativement constante, et que sa faible teneur en eau facilite son stockage et son transport, ce qui favorise une meilleure utilisation du combustible en fonction de la demande de chaleur de récupération. Il résulte de ce qui précède que la combustion de ce produit est plus complète et plus stable que celle des déchets ménagers bruts, ce qui facilite l'optimisation des paramètres de sa combustion, de sorte que l'on retrouve des conditions de combustion voisines de celles obtenues avec les combustibles pauvres comme la tourbe, la lignite ou le bois. Pour brüler ce produit, on utilise selon l'invention une chaudière à grille qui est représentée schématiquement sur la figure 2 et que l'on va décrire maintenant. Cette chaudière comprend, d l'intérieur d'une enveloppe 10, une grille 11 dont les barreaux sont alternativement fixes et mobiles, ainsi que cela sera précisé plus loin, le mécanisme d'entraînement 12 des barreaux mobiles étant situé a l'extérieur de l'enveloppe 10, ce qui permet d'y accéder facilement pendant le fonctionnement de l'apparelu. Les diverses sections de la grille 11 sont réglables indépendamment, et la vitesse de déplacement du combustible introduit par une trémie 13 est réglée automatiquement en fonction de la production de.,vapeur demandée, cette vapeur étant produite au moyen de générateurs 14 de type connu qui ne seront pas décrits ici. Les résidus solides de la combustion sont evacués en bas de la grille 11 par une sortie 15. L'air de combustion est soufflé sous la grille 11 en plusieurs zones 16 indépendantes les unes des autres, ce qui permet un réglage séparé des débits d'air de combustion primaire. En outre, de l'air secondaire est introduit dans le carter 10 au-dessus de la grille 11. A cette fin, chaque nez de voûte 17 est muni d'une tuyère d'injection 18 au voisinage de son arête et d'une autre tuyère 19 située audessus de la précédente, non loin de l'endroit où le nez de voûte 17 se raccorde d la paroi verticale qui le prolonge vers le haut. Cette injection d'air secondaire, réalisée à flux croisés, assure une combustion complète de l'oxyde de carbone, notamment grace & la forme des nez de voûte 17. Elle permet en outre de contrôler la température des gaz entrant dans la chaudière 14 pour éviter ce que les thermiciens appellent des puits de température. Une couche de refractaire 20 mise en place & l'entrée de la chaudière sur une hauteur de 2 mètres environ permet d'éviter les accrochages de produit sur les tubes d'échangeur. En ce qui concerne maintenant la grille 11 représentée partiellement sur les figures 3 et 4, elle comprend des étages alternés de barreaux fixes 21 et de barreaux mobiles 22 qui peuvent se déplacer dans leur sens longitudinal, depuis leur position représentée en traits pleins sur la figure 3 jusqu'a la position indiquée en traits interrompus, et inversement, et ce, grace 9 un entraînement qui est commandé depuis l'extérieur de la chaudière, comme on l'a dit plus haut, et qui agit sur des axes transversaux 23 sur lesquels est posé un évidement transversal ménagé & l'arrière de chaque barreau Les barreaux de chaque étage sont reliés entre eux par groupes au moyen d'axes de liaison transversaux 24 passant dans des al ésages correspondants des barreaux.Les axes de liaison 24 des diverses rangées de barreaux sont décalés entre eux dans le sens transversal, c'est-à-dire dans le sens perpendiculaire à la direction des barreaux, afin de canaliser les dilatations. Les barreaux 21 et 22 présentent approximativement la forme du champignon d'un rail de chemin de fer à leur partie supérieure, et, sur une grande partie de leur longueur indiquée par la flèche F sur la figure 3, leurs flancs 25 sont en retrait, de sorte qu'un interstice de fuite d'air se trouve ménagé entre chaque paire de barreaux adjacents. L'effet de refroidissement de cette fuite d'air est complété par le fait que la semelle verticale relativement mince des barreaux 21 et 22 présente de chaque côté des ailettes de guidage des flux d'air 26 qui sont inclinées & 45 sur l'horizontale en montant dans la direction du nez 27 du barreau. Les nez 27 des barreaux 21 et 22 présentent un pan coupé qui est incliné & 45 sur l'horizontale en sens opposé des ailettes de guidage des flux d'air 26, ce qui évite les accrochages de produit pendant la combustion. D'autre part, la partie avant des barreaux 21 et 22, c'est-à-dire celle qui est voisine des nez 27, repose sur une barrette de glissement transversale 28 qui limite l'usure des barreaux mobiles, puisque ceux-ci frottent sur les barreaux fixes de l'étage inférieur, non plus directement par l'ensemble de leur base, mais par l'intermédiaire des barrettes 28. Pour augmenter la résistance micanique des barreaux 21 et 22 et leur conductibilité thermique, ils sont fabriqués en fonte contenant de 15 a 18% de chrome. Il faut encore noter que le procédé et le dispositif qui viennent d'être décrits permettent notamment de diminuer la quantité de mâchefer produit et d'améliorer la qualité de celui-ci, et notamment sa finesse, ce qui permet de le recycler, par exemple pour des remblais routiers. D'autre part, le rendement thermique de la chaudière selon l'invention est voisin de 0,80 alors que celui d'un four classique d'incinération des ordures ménagères n'est que de 0,72 environ. Enfin, les possibilités de stockage du produit combustible obtenu grâce au procéda de l'invention permettent une meilleure adéquation entre la demande d'énergie et sa fourniture, alors que les déchets ménagers usuels doivent être brûlés dans la journée. - REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement de déchets ménagers, caractérisé par le fait que l'on soumet directement les déchets å traiter à un criblage dont le refus est broye pour tournir une traction combustible, et que l'on brûle cette dernière, avec récupération de l'énergie produite, dans une chaudière à grille. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la granulométrie de coupure de ladite étape de criblage est voisine de 150 mm. 3. Chaudière pour la mise en oeuvre du procédé selon selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, du genre comprenant, dans une enveloppe, une grille qui est parcourue par le combustible et qui est traversée de bas en haut par de l'air primaire, et un échangeur de chaleur pour récupérer la chaleur contenue dans les fumées, caractérisée par le tait qu'elle comprend une grille a étages (11) dont les étages sont alternativement constitués par des barreaux tixes (21) et par des barreaux (22 > qui peuvent être déplacées sous L'effet d'une commande extérieure (12) dans le sens longitudinal des barreaux. 4. Chaudière selon la revendication 3, caractérisée par le tait qu'elle comporte des arrivées d'air secondaire (1S, 19) situées dans les nez de voûte (17). 5. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ecran rétractaire vertical (20) à l'entrée des tubes d'échange de chaleur (14 > . b. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 a bt caractérisee par le fait que le nez (27) desdits; barreaux ( 21, 22) comporte un pan coupé. chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 å 6, caractérisée par le fait que les côtés desdits barreaux (21, 22) comportent à leur partie inférieure des ailettes obliques de guidage d'air (26) qui se terminent immediatement au-dessous d'interstices de fuite d'air ména- ges entre chaque paire de barreaux adjacents. 8. Chaudière selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée par le fait que lesdits barreaux (21, 22) reposent au voisinage de leur nez C27) sur une barrette de glissement transversale (28). y. Chaudière selon l'une quelconque des revendications s å 8, caractérisée par le fait que les barreaux (21, 22) d'un même étage sont reliés entre eux par des axes de liaison transversaux (24) qui sont décalés dans le sens transversal. lu. Chaudière selon l'une quelconque des revendications s a 9, caractérisée par le fait que lesdits barreaux (21, 22) sont fabriqués en fonte contenant de 15 a 18; de chrome.