Brevet FR2687765A1 — publié le 19930827

PROCEDE ET DISPOSlllF DE CONTROLE DE L'AUTO-COMBUSTION DANS LES INSTALLATIONS DE CREMATION La présente invention concerne le contrôle de l'auto-combustion dans les installations industrielles pour l'incinération de corps organiques et, en particulier, de cadavres d'animaux. Elle peut être exploitée d'une manière générale pour le pilotage des incinérateurs, mais s'applique particulièrement dans les installations de crémation où elle présente l'avantage de contrôler la combustion des gaz en permettant à partir de la même action, soit d'accélérer la combustion, soit d'en refroidir les gaz. Les dispositifs de crémation sont en général constitués de fours garnis de matériaux réfractaires. Les fours comprennent généralement deux chambres une première chambre dite de "combustion" où sont brûlés les produits à incinérer et qui est équipée d'un brûleur principal associé à une alimentation en air primaire ; et une seconde chambre dite de "post-combustion", où a lieu une combustion poussée des fractions imbrûlées contenues dans les fumées issues de la chambre de combustion et qui est équipée d'un brûleur secondaire associé à une alimentation en air secondaire. Les sujets qui sont incinérés, en particulier mais non exclusivement les cadavres d'animaux, sont brûlés avec l'oxygène de l'air par auto-combustion, après une période de préchauffage. Selon les cas, la composition des corps que l'on incinère est telle que la combustion est difficile à contrôler. 1l arrive en particulier qu'après les phases d'introduction et de préchauffage les graisses présentes dans la matière à incinérer ont tendance à emballer la réaction d'auto-combustion. Les fumées sont alors chargées en imbrûlés et en agents polluants à des taux inacceptables. La température peut aussi s'élever, ce qui a pour conséquence d'endommager le revêtement réfractaire du four et de créer des phénomènes de surpression. On remédie traditionnellement à cet inconvénient en réduisant l'apport d'air de combustion, ce qui a tendance à réduire la vitesse de la réaction après un intervalle de temps pendant lequel la température se maintient alors que l'oxydation ralentit ll en résulte une perte de rendement de l'incinérateur et un risque d'arrêt de la réaction, ce qui conduit à une instabilité réactionnelle rendant difficile la gestion du processus d'auto-combustion. En effet, dans le cas inverse, le corps absorbe plus de calories qu'il n'en restitue et il faut apporter de l'énergie supplémentaire pour relancer la réaction. Parmi les techniques de contrôle de la température, on connaît les systèmes d'injection d'eau asservis à la régulation de la température et dont l'objectif est de refroidir les gaz. L'instabilité des températures rend malheureusement le pilotage du four délicat. Dans le cas des fours de crémation et lors de l'emballement de la réaction, on a recours à la coupure de l'air pour maîtriser la combustion, mais cette technique s'avère plus ou moins efficace et limite la capacité de chargement du four. Dans le cas des incinérateurs industriels, on a aussi quelquefois recours aux injections de vapeur, surtout pour satisfaire à des impératifs de sécurité. Mais là encore la stabilité est difficile à atteindre si l'on envisage le pilotage du four par un tel procédé. Selon une autre technique dite "à émulsion" le mélange d'eau et de combustible (fuel) est réalisé avant l'injection. Cette technique est particulièrement destinée aux combustibles à haut pouvoir calorifique. Enfin, les appareillages de mesure des paramètres de la réaction de combustion ne servent en général qu'à asservir le soufflage de l'air, ce qui conduit à un temps réel de réaction beaucoup trop long en ayant l'inconvénient de faire fonctionner l'équipement d'incinération à charge réduite. La présente invention a pour but de résoudre ce problème technique de manière satisfaisante. Ce but est atteint au moyen d'un procédé de contrôle automatique de la réaction d'auto-combustion d'un corps organique dans un four d'incinération comportant notamment une chambre de combustion et une chambre de postcombustion, des moyens d'injection d'air et d'eau et une cheminée d'évacuation, caractérisé en ce qu'il comprend l'analyse en continu de l'opacité des fumées de combustion et la mesure en continu de la température interne du four de telle sorte que le dépassement des valeurs de consigne de température et d'opacité provoque respectivement la réduction du débit d'injection d'air dans la chambre de combustion et/ou le déclenchement de l'injection d'eau par pulvérisation sur le corps organique jusqu'à ce que les conditions de la réaction reviennent à la normale. Selon une caractéristique avantageuse du procédé de l'invention, l'injection d'eau par pulvérisation est effectuée à débit constant. Selon une autre caractéristique, l'analyse de l'opacité des fumées est effectuée dans la cheminée d'évacuation ou à la sortie du four. Selon encore une autre caractéristique, un écoulement d'air permanent est réalisé de façon périphérique par rapport aux moyens de pulvérisation d'eau. Un autre objet de l'invention est un dispositif de contrôle automatique de la réaction d'auto-combustion d'un corps organique dans un four d'incinération comportant notamment des moyens d'injection d'air alimentés par un réseau et une cheminée d'évacuation des fumées, caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs de la température interne du four et des détecteurs des fumées de combustion commandant respectivement, par l'intermédiaire d'un calculateur, au moins une partie desdits moyens d'injection d'air et une lance de pulvérisation débouchant à l'intérieur du four et alimentée par un circuit d'eau. Selon une caractéristique au moins une partie desdits moyens d'injection d'air est constituée d'un conduit externe disposé de façon périphérique par rapport à ladite lance de pulvérisation d'eau. Selon une autre caractéristique du dispositif de l'invention, lesdits moyens détecteurs des fumées comprennent des opacimètres et(ou des analyseurs de gaz. Selon encore une autre caractéristique, ladite lance de pulvérisation d'eau est constituée d'un conduit interne pour Ie passage de l'eau se terminant au niveau de la paroi interne du four par une buse, ledit conduit étant pourvu à sa partie arrière d'une électrovanne reliée au calculateur et étant logé à l'intérieur du conduit exteme de plus grand diamètre produisant un flux d'air périphérique à partir du réseau d'air. La présente invention propose donc un procédé et un dispositif simples et efficaces qui par combinaison d'une injection d'air à débit contrôlé avec une pulvérisation de liquide, en général de l'eau, en quantité maîtrisée sur le corps en auto-combustion permet soit d'accélérer la réaction, soit de refroidir le corps tout en améliorant la qualité des fumées rejetées dans l'atmosphère. La pulvérisation d'une relativement faible quantité d'eau, par intermittence sur le corps incandescent, et qui réagit avec les graisses en combustion, relance l'activité de la combustion. Cette action est commandée par les résultats des analyses de la température des gaz et/ou des caractéristiques des fumées. Lorsque la réaction s'emballe, on augmente la fréquence des pulvérisations pour refroidir le corps. Les taux d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures totaux se maintiennent ainsi en dessous d'un seuil critique. Le procédé peut être contrôlé manuellement par un opérateur à partir des informations des détecteurs de fumée et de température. 1l peut aussi être piloté par un calculateur ou un automate préalablement programmé pour réagir aux indications des capteurs de températures et de fumées selon une procédure préétablie. Un mode de réalisation particulier du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé consiste en un injecteur de liquide muni d'un pulvérisateur qui est protégé de l'ambiance agressive du four par un soufflage d'air sous faible pression pendant et entre les pulvérisations. On obtient ainsi un équipement très fiable, très simple d'emploi et relativement peu coûteux. Le procédé et le dispositif de l'invention sont destinés aussi bien à des unités nouvelles qu'à des fours existants. Les fours peuvent être soit à combustion oxydante ou à effet pyrolytique, à alimentation continue ou discontinue, pour, d'une manière générale, tout produit contenant des graisses. Ce procédé et ce dispositif sont donc également adaptés pour équiper des fours de crémations de dépouilles humaines, des incinérateurs notamment de déchets de cimetière (y compris les bacs plastiques, les restes anatomiques), et de déchets hospitaliers.... Les avantages de l'invention sont donc: - d'améliorer la qualité des gaz rejetés par la cheminée (réduction des imbrûlés, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures, etc.) dans l'atmosphère de manière à respecter les législations existantes en la matière: - de maîtriser la combustion (suppression des inflammations intempestives), ce qui se traduit par une augmentation de la fiabilité et de la sécurité de l'installation; - d'augmenter les performances du four en améliorant son régime de fonctionnement de manière continue (incinération collective, vrac, chargement continu) et en réduisant la durée de cycle de crémation (se traduisant par exemple par une augmentation du nombre quotidien des opérations possibles); - d'accélérer et d'améliorer la combustion de certains produits, tels que les graisses animales par exemple. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre accompagnée des dessins sur lesquels: - la figure 1 représente un schéma général du procédé; - la figure 2 est une représentation en coupe longitudinale d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention. Après préchauffage préalable du four puis introduction d'un corps organique dans le four (1), les brûleurs sont coupés et la réaction de combustion se poursuit d'elle-même avec un apport d'oxygène régulier à partir du réseau d'air (21) par le biais des moyens d'injection d'air (5,25,26). Le procédé consiste donc à contrôler automatiquement la réaction d'auto-combustion en réduisant le débit d'injection d'air primaire dans la chambre de combustion et en injectant dans certaines conditions une quantité d'eau à l'intérieur du four (1) de telle sorte que la surface du corps incinéré soit atteinte par les gouttelettes de liquide pulvérisé. L'injection se fait par intermittence à une fréquence qui est fonction des indications fournies par des détecteurs. On a d'une part, un ou plusieurs capteurs ou sondes de température (19) qui décèlent les augmentations de températures dans le four résultant de l'emballement de la réaction d'auto-combustion. Le signal qui est transmis par le capteur à un calculateur ou un automate programmable (23) entraîne par celui-ci une action qui conditionne l'augmentation de la fréquence des pulvérisations d'eau sous pression, cette eau provenant d'un circuit (22) alimenté par le réseau général ou mise sous pression par un moyen classique non représenté sur la figure. Après le rebrûlage des gaz par post-combustion la présence anormale d'imbrûlés est décelée par un détecteur de fumées (20), placé généralement à la sortie du four (1), par exemple dans la cheminée (24) où est analysée en continu l'opacité des fumées. Bien entendu, il est possible de remplacer le calculateur ou l'automate par un ensemble d'affichage des lectures des différents capteurs et actionneurs du système de régulation et dans ce cas c'est un opérateur qui peut décider des actions à entreprendre dans le cadre d'un pilotage manuel de l'installation. Dans tous les cas, les moyens d'injection d'eau sont protégés en permanence par l'écoulement régulier d'un débit d'air en légère surpression, alimenté par le réseau d'air (21) comme représenté sur la figure 2. Les moyens d'injection d'eau sont constitués d'une lance formée de deux conduits cylindriques creux. Le premier conduit (12) est interne et correspond au passage de l'eau en se terminant par une buse (11) de pulvérisation vissée ou emboîtée qui débouche au niveau de la paroi interne du four. A sa partie arrière la lance de pulvérisation est fermée par une vanne, par exemple une vanne commandée électromagnétiquement (3) qui, en liaison avec le calculateur programmable ou un contacteur manuel, permet d'ouvrir et de fermer le circuit d'alimentation en eau du dispositif. On peut ainsi obtenir une alimentation avec des injections successives de quantités d'eau régulières et déterminées. Le conduit (12) présente également un prolongement vers l'arrière pourvu latéralement d'un dégagement (4) dans lequel vient se loger un clapet antiretour d'eau (15).Ce clapet communique par l'intermédiaire d'un raccord souple (14) au réseau d'alimentation d'air (21) sous faible pression, typiquement 0,02 à 0,03 bars. Ce réseau est raccordé au deuxième conduit cylindrique creux externe (5) qui forme autour du premier conduit (12) un espace annulaire permettant un soufflage d'air périphérique vers la chambre de combustion, au travers de son garnissage réfractaire (7). A l'arrière de ce conduit cylindrique creux extérieur (5), on obtient l'étanchéité par serrage au moyen d'un écrou (18) de l'ensemble constitué d'une rondelle d'acier (16) et d'un joint dur (17). Les moyens d'injection d'air dans le four sont alimentés par le réseau d'air (21). Ils sont constitués d'une part du conduit externe (5) permettant un écoulement d'air périphérique autour du conduit interne d'eau (12) vers le four et d'autre part du circuit d'alimentation en air primaire (25) débouchant dans la chambre de combustion et du circuit d'alimentation en air secondaire (26) débouchant dans la chambre de post-combustion. Le montage particulier entre le réseau d'air (21), le circuit d'eau (22), la lance de pulvérisation (11,12) avec un raccord souple (14) et le clapet antiretour (15) permet le montage et le démontage de la lance en faisant glisser le conduit (12) et sa buse (11) à l'intérieur du conduit externe (5) qui forme ainsi une gaine protectrice solidaire du revêtement métallique du four. Lorsque l'eau est admise dans la lance d'injection, la pression du réseau (maximum 6 bars) fait fermer le clapet (15). L'eau est pulvérisée sous forme de fines gouttelettes par la buse (11) convenablement choisie. Indépendamment de sa fonction de contrôle et de régulation de l'incinération, ce débit de liquide est suffisant pour protéger les parois de l'injecteur vis-à-vis des températures très élevées du four. Lorsque l'alimentation en eau est fermée par la vanne électromagnétique (3), le réseau d'air peut, par sa légère surpression, ouvrir le clapet (15), purger la lance de son eau le long du conduit (12) depuis sa partie arrière jusqu'à la buse (11) et maintenir la température des parois à un niveau suffisamment bas par refroidissement simultané externe et interne. On évite également par ce biais la stagnation d'eau dans la lance qui provoquerait d'éventuels dépôts nuisibles au niveau de la buse (11). On évite ainsi également l'encrassement ou la corrosion de la buse par les constituants des fumées produites à l'intérieur du four. Le clapet anti-retour (15) peut être remplacé par une électrovanne normalement ouverte pilotée par le calculateur (23). Lors de l'admission d'eau dans la lance d'injection, l'électrovanne (15) est excitée et provoque la fermeture du réseau d'air. Lors de l'arrêt d'admission d'eau par l'electrovanne (3), l'électrovanne (15) est alors désexcitée et ouvre le passage de l'air dans la lance d'injection. Pendant le temps d'injection, la circulation d'air se poursuit dans l'enveloppe autour de la lance, refroidit la paroi externe et évite la progression de la chaleur par conduction en protégeant l'arrière de l'appareil d'éventuels phénomènes de surchauffe susceptibles d'entraîner des détériorations. Parallèlement, l'alimentation de la chambre de combustion en air primaire peut être réduite ou stoppée sur ordre du calculateur en fonction des signaux envoyés par les divers capteurs au moyen d'une servovanne à moteur (27) pilotée par le calculateur (23). Le dispositif qui vient d'être décrit est donc apte à être actionné par simple commande de la vanne électromagnétique. 1l est protégé en permanence par un écoulement d'air à l'extérieur de la lance. Lorsque la lance n'est pas active, elle est également purgée par ce même écoulement d'air qui assure sa protection thermique et sa fiabilité d'exploitation depuis l'intérieur. Ce dispositif peut être installé dans le four en position verticale, horizontale ou inclinée, au niveau de la chambre de combustion ou de postcombustion, de manière très simple et peu coûteuse. Des essais pratiqués sur un incinérateur de cadavres d'animaux ont montré que la mise en oeuvre d'un tel procédé par un tel dispositif conduisait; - à une meilleure maîtrise de la combustion; - à une réduction des taux de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés. - à une augmentation de rendement. On comprend également que par sa conception, le dispositif peut être installé simplement sur un four déjà existant, en perforant l'enveloppe réfractaire et la couverture métallique pour y fixer par soudure la gaine reliée au réseau d'alimentation d'air. On y introduit ensuite la lance que l'on branche au circuit d'eau et que l'on fixe au réseau d'air par l'écrou de serrage (18). REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle automatique de la réaction d'auto-combustion d'un corps organique dans un four d'incinération (1) comportant notamment une chambre de combustion et une chambre de post-combustion, des moyens d'injection d'air et d'eau (5,25,26,22) et une cheminée d'évacuation (24), caractérisé en ce qu'il comprend l'analyse en continu de l'opacité des fumées de combustion et la mesure en continu de la température interne du four de telle sorte que le dépassement des valeurs de consigne de température et d'opacité provoque respectivement la réduction du débit d'injection d'air (25) dans la chambre de combustion et/ou le déclenchement de l'injection d'eau par pulvérisation sur le corps organique jusqu'à ce que les conditions de la réaction reviennent à la normale. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'injection d'eau par pulvérisation est effectuée à débit constant. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'analyse de l'opacité des fumées est effectuée dans la cheminée d'évacuation (24). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un écoulement d'air permanent est réalisé de façon périphérique par rapport aux moyens de pulvérisation d'eau. 5. Dispositif de contrôle automatique de la réaction d'auto-combustion d'un corps organique dans un four d'incinération (1) comportant notamment des moyens d'injection d'air (5,25,26) alimentés par un réseau (21) et une cheminée d'évacuation des fumées (24), caractérisé en ce qu'il comprend des capteurs (19) de la température interne du four et des détecteurs (20) des fumées de combustion commandant respectivement par l'intermédiaire d'un calculateur (23), au moins une partie desdits moyens d'injection d'air (25) et une lance de pulvérisation d'eau (11,12) débouchant à l'intérieur du four (1) et alimentée par un circuit d'eau (22). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdits moyens d'injection d'air est constituée d'un conduit externe (5) disposé de façon périphérique par rapport à ladite lance de pulvérisation d'eau (11,12). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que lesdits moyens détecteurs (20) des fumées comprennent des opacimètres et/ou des analyseurs de gaz. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ladite lance de pulvérisation d'eau est constituée d'un conduit (12) pour le passage de l'eau se terminant au niveau de la paroi interne du four (1) par une buse (11), ledit conduit étant pourvu à sa partie arrière d'une électrovanne reliée au calculateur et étant logé à l'intérieur d'un conduit exteme (5) de plus grand diamètre produisant un flux d'air périphérique à partir du réseau d'air (21). 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que le conduit (12) de la lance de pulvérisation présente un prolongement vers l'arrière pourvu latéralement d'un dégagement (4) dans lequel vient se loger un clapet anti-retour (15) communiquant par un raccord souple (14) avec le réseau d'air (21). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le conduit exteme (5) est obturé de façon étanche à la partie arrière de la lance de pulvérisation (11,12) par serrage d'un écrou (18) et d'un joint (17) sur le conduit interne (12).