Brevet FR2689213A1 — publié le 19931001

Procédé et installation de vitrification de déchets. La présente invention est relative aux procédés et aux installations de vitrification de déchets comportant notamment des proportions importantes de produits difficiles à détruire par simple combustion. Il reste ainsi des résidus contenant des imbrûlés souvent dangereux ou qui nécessitent du moins un stockage dans des conditions de sécurité dit de classe I. Une solution, pour supprimer tout imbrûlé, consiste à monter les cendres en température jusqu'à les fondre et à les vitrifier, ce qui rend les résidus de la combustion complètement inertes. Mais il faut pour cela atteindre des températures élevées et dépenser beaucoup d'énergie. L'invention pallie ces inconvénients en permettant de porter les déchets, industriels ou domestiques, aux températures nécessaires pour qu'il ne reste plus dtimbrûles, tout en dépensant aussi peu d'énergie que possible. Le procédé de vitrification de déchets suivant l'invention consiste à les brûler dans un four à une température de 1000 à 13000C environ, pour obtenir des fumées et des cendres et imbrûlés. Le procédé consiste à envoyer les cendres et imbrûlés dans un bain de cendres et imbrûlés maintenu à l'état fondu par la chaleur dégagée par un brûleur à oxygène ou par une torche plasma. En recourant à un brûleur à oxygène, c'est-à-dire à un brûleur alimenté en fluide combustible et, comme comburant, en un air enrichi en oxygène et contenant par exemple jusqu'à 40 % et, de préférence, de 10 à 30 % en volume d'oxygène, ou à une torche à plasma on parvient à obtenir des températures du bain supérieures à 1500 0C et notamment comprises entre 1500 et 18000C qui suffisent à faire fondre quelque déchet habituel que ce soit. Le bain de cendres et imbrûlés, qui est donc porté par exemple à une température d'au moins 1700"C, permet d'emmagasiner de la chaleur fournie par le brûleur et de transmettre cette chaleur par conduction, d'une manière très efficace, aux déchets qui tombent dans le bain. La masse calorifique du bain et l'inertie thermique du four permettent d'amortir les différences de quantités de chaleur nécessitées par la composition et par l'arrivée variables des déchets dans le bain. En outre, ce bain présente une surface relativement grande à laquelle la chaleur rayonnée par le brûleur est transmise d'une manière très efficace, notamment lorsque celui-ci est disposé de façon que sa flamme s'étende à proximité de la surface du bain. La flamme du brûleur est, de préférence, de grande dimension et a une énergie de rayonnement très importante, ce qui permet à la chaleur de bien se propager jusqu a la grande surface libre du bain. on préfère le brûleur à oxygène à la torche à plasma, parce que sa flamme rayonne. Comme fluide combustible, on peut utiliser notamment du gaz de raffinerie, du gaz naturel, des hydrocarbures, comme le méthane, le propane et le butane, du gaz de ville, du gaz de cokerie ou un liquide combustible pulvérisé, tel que du kérosène, du fioul, de l'essence et, avantageusement, un déchet combustible liquide ou gazeux. L'invention vise également une installation de vitrification de déchets comprenant un four ayant une zone de chargement des déchets, une entrée d'insufflation d'air, une sortie de dégagement des fumées et une zone de déchargement des cendres et imbrûlés. La zone de déchargement des cendres et imbrûlés communique avec une poche de réception d'un bain munie d'un brûleur à oxygène destiné à maintenir le bain à l'état fondu. De préférence, on imprime au courant d'alimentation en oxygène du brûleur une rotation de manière à obtenir une flamme plus étalée. Suivant un mode de réalisation préféré, la poche est en contrebas du four et celui-ci peut comporter, dans la zone de déchargement, un plan incliné raccordé à la poche. il suffit alors de pousser les déchets dans la zone de leur chargement pour les repousser peu à peu, après qu'ils ont subi une première combustion, sur le plan incliné qu'ils dévalent d'eux-mêmes pour tomber dans le bain. Mais les déchets peuvent aussi tomber directement, sans passage sur un plan incliné, du four dans la poche. Pour que l'installation fonctionne automatiquement, il est en outre prévu que le bain déborde par un trop-plein dans un bassin d'eau. La quantité du bain est ainsi limitée automatiquement et les cendres et imbrûlés fondus sont vitrifiés, comme il est habituel. Pour éviter toute solidification du bain, à proximité du trop-plein, le brûleur est disposé plus près du trop-plein que du four. Le tropplein sert aussi d'obstacle de sorte que les déchets ne passent pas directement dans le bassin. Suivant un mode de réalisation particulièrement préféré, l'installation comprend des moyens de détermination de la quantité de chaleur à apporter par le brûleur, par exemple un indicateur du débit d'entrée des déchets ou, de préférence, une sonde de la température du bain, de préférence une sonde pyrométrique. Il est prévu un circuit de commande du dispositif d'alimentation du brûleur, en fonction du signal émis par les moyens de détermination de la quantité de chaleur à apporter par le brûleur. Le dispositif d'alimentation est du type imprimant une rotation au courant d'alimentation pour obtenir une flamme plus étalée. On pourrait aussi prévoir à cet effet plusieurs brûleurs disposés en des emplacements différents de manière que leurs flammes équivalent à une seule flamme de grande surface de rayonnement.Grâce à la stabilisation de la température des cendres par l'effet tampon du bain et à la possibilité de commander le dispositif d'alimentation du brûleur, il est possible de piloter l'apport d'énergie calorifique d'une manière correspondant exactement à ce qui est nécessaire pour faire brûler les imbrûlés sans exces d'apport d'énergie calorifique. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple La figure unique est un schéma d'une installation de vitrification suivant l'invention. Le four est constitué d'une carcasse 1 en matériau réfractaire qui définit essentiellement les zones suivantes A. Une zone de chargement 2 constituée d'un sas, pour éviter les entrées d'air froid et munie d'un poussoir non représenté, permettant d'introduire les déchets dans la zone 3 suivante. B. Cette zone 3 d'avance permet de canaliser les déchets, lors des enfournements. C. Une zone de combustion 4 munie de buses 5 d'injection d'air et d'un brûleur d'allumage (non représenté). D. Une zone de fusion 6 délimitée par un plan incliné 7 raccordé au bas de la zone 4 du four. E. Les fumées provenant de la combustion, dans la zone 4 et dans la zone 6, sortent par une sortie 8 de dégagement des fumées, dans laquelle elles se mélangent avant de passer dans une zone 9 de post-combustion oû est injecté, si nécessaire, de l'air secondaire nécessaire à l'oxydation et à la destruction complète des carbones des matières organiques et des diverses molécules subsistant encore et susceptibles de provoquer des nuisances. Le bas du plan incliné 7 délimite une poche 10 munie d'un trop-plein 11. Un brûleur 12 à oxygène ou une torche à plasma dirige sa flamme à proximité de la surface libre du bain de cendres et d'imbrûlés contenus dans la poche. Ce bain déborde du trop-plein 11 et tombe dans un bassin 13 empli d'eau oû le magma fondu se fractionne en petits morceaux vitrifiés sous l'effet du choc thermique brutal. Un extracteur 14 retire en permanence ces éléments vitrifiés. Une sonde pyrométrique de température 15 détecte la température du bain contenu dans la poche 10 et, par un circuit électrique de commande 16, le dispositif 17 d'alimentation en air à 25 % d'oxygène du brûleur 12. Lorsque les déchets ont un pouvoir calorifique inférieur trop bas, on peut leur ajouter un produit combustible avant de les introduire dans le four, ou bien assurer un apport complémentaire d'énergie grâce au brûleur situé dans la zone de combustion 4. REVENDICATIONS 1. Procédé de vitrification de déchets en les brûlant dans un four à une température de 1000 à 13000C environ pour obtenir des fumées et des cendres et imbrûlés, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer les cendres et imbrûlés dans un bain de cendres et imbrûlés maintenus à l'état fondu par la chaleur dégagée par un brûleur à oxygène ou par une torche à plasma. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du bain est maintenue à au moins 15000C et, de préférence, à au moins 17000C. 3. Installation de vitrification de déchets, comprenant un four (1) ayant une zone de chargement (2) des déchets, une entrée (5) d'insufflation d'air, une sortie de dégagement (8) des fumées et une zone de déchargement (6) des cendres et imbrûlés, caractérisée en ce que la zone de déchargement (6) des cendres et imbrûlés communique avec une poche (10) de réception d'un bain munie d'un brûleur (12) à oxygène destiné à maintenir le bain à l'état fondu. 4. Installation de vitrification suivant la revendication 3, caractérisée en ce que le brûleur (12) est disposé de manière que sa flamme s'étende à proximité de la surface du bain. 5. Installation de vitrification suivant l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que la poche (10) est en contrebas du four(1). 6. Installation de vitrification suivant lune des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que le bain déborde par un trop-plein (11) dans une cuve d'eau (13). 7. Installation de vitrification suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le brûleur (12) est plus près du trop-plein (11) que du four (1). 8. Installation suivant l'une des revendications 3 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de détermination (15) de la quantité de chaleur à apporter par le brûleur (2), et un circuit de commande (16, 17) du dispositif d'alimentation (21, 22) du brûleur (12), en fonction du signal émis par lesdits moyens de détermination (15). 9. Installation de vitrification suivant l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que le dispositif d'alimentation du brûleur est du type imprimant une rotation au courant d'alimentation. 10. Installation de vitrification suivant l'une des revendications 3 à 9, caractérisée par plusieurs brûleurs disposés en des emplacements différents, de manière que leurs flammes équivalent à une seule flamme de grande surface de rayonnement.