Brevet FR2688577A1 — publié le 19930917

Dispositif d'épuration des effluents gazeux. L'invention concerne l'épuration des effluents gazeux, en particulier de l'air extrait des fours et sécheurs et contenant des composés organiques volatils (COV), plus communément appelés solvants Elle concerne l'épuration par incinération dite purement thermique, cela pour la distinguer de l'incinération thermo-catalytique. La forme de ces appareils est en général cylindrique, telle que décrite, entre autres par US-A-3 549 333, US-A-3 607 118 ou DE-A-301 426 902. Ces constructions ont toutes en commun le trajet en "zigzag" du gaz à l'extérieur des tubes de l'échangeur primaire, obtenu à l'aide de chicanes Les principaux inconvénients du parcours en zigzag sont: l'existence des volumes parasites, nécessaires aux changements de direction, qui augmentent l'encombrement et le coût de l'appareil, les pertes de pression liées aux mêmes changements de direction, la distribution non uniforme des vitesses et des températures. Par ailleurs, la technologie actuelle utilise des échangeurs secondaires pour la récupération de la chaleur véhiculée par le gaz épuré sortant de l'échangeur primaire à une température de l'ordre de 300 à 400 'C En version air-air telle que décrite par DE-U- 81 15801 7 l'investissement est élevé et s'est avéré peu rentable. En version air-eau, comme présenté par WO-A-87 000 88, le niveau de température de l'eau est en général trop faible pour permettre l'utilisation de la chaleur récupérée par le four ou sécheur polluant; la chaleur est donc destinée au chauffage des locaux qui n'accepte qu'une faible fraction du potentiel annuel, d'o, là aussi, une rentabilité réduite. Les récupérateurs étant encombrants, le manque de place est souvent une raison supplémentaire pour que l'utilisateur de l'épurateur n'en fasse pas l'acquisition. La présente invention vise à éliminer les inconvénients décrits ci-dessus des dispositifs connus. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'épuration par incinération purement thermique pour effluents gazeux, du type à apport de chaleur supplémentaire à combustible gazeux et à préchauffage par récupération à l'aide d'un échangeur primaire tubulaire et concentrique à la chambre de combustion cylindrique, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens assurant l'écoulement des gaz pollués à l'intérieur des tubes de l'échangeur et des moyens, tels que des déflecteurs, pour donner aux gaz épurés sortant de la chambre de combustion un mouvement hélicoïdal autour de ladite chambre de combustion. La présente invention élimine les inconvénients mentionnés en utilisant un mouvement hélicoïdal pour le passage de l'air autour des tubes; ce mouvement est continu, la seule perte de pression étant due aux frottements, utiles à l'échange de chaleur avec les tubes La totalité du courant gazeux traversant successivement la section libre restante entre les tubes, la vitesse et la température sont extrêmement homogènes Ainsi, les différences de dilatation des divers tubes sont beaucoup plus faibles que celles qui apparaissent dans les appareils existants De plus, le mouvement hélicoïdal est induit dans la chambre de combustion se trouvant en amont de l'échangeur, ce qui améliore, là aussi, l'homogénéité de la température nécessaire à l'oxydation des substances polluantes. De préférence, les tubes de l'échangeur présentent une empreinte en relief, en particulier en forme d'hélice, de l'extérieur vers l'intérieur, d'une profondeur approximativement égale à l'épaisseur de la paroi. L'application de cette technologie, en soi connue, aux épurateurs thermiques permet, en plus de l'intensification de l'échange de chaleur, un très léger effet de ressort suffisant cependant pour diminuer les efforts dans les cordons de soudure des tubes, efforts dus aux petites différences de température qui peuvent apparaître, notamment en régime transitoire. Enfin, l'invention propose un échangeur de récupération secondaire particulièrement compact et portant la température d'un fluide caloporteur, par exemple de type huile silicone, à un niveau élevé, utilisable par le four ou sécheur auquel l'épurateur est raccordé Le taux de récupération important et stable sur toute l'année permet d'obtenir une rentabilité intéressante. La problème de la surchauffe éventuelle du fluide caloporteur est résolu, dans le cadre de la présente invention, à l'aide d'un registre à mouvement de translation (similaire à une vanne à soupape) bien plus robuste et plus fiable que les registres pivotants utilisés par la technologie actuelle. L'invention propose également l'entraînement de la pompe de circulation du fluide caloporteur par le moteur entraînant le ventilateur de l'épurateur, ce qui représente une simplification et un gain de fiabilité par rapport à la solution habituelle comportant un moteur séparé. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en référence au dessin annexé qui représente un exemple de réalisation d'un dispositif selon la présente invention Dans ce dessin: la figure 1 est une coupe de l'ensemble de l'appareil d'incinération sans échangeur secondaire; la figure 2 représente une portion d'un tube de l'échangeur primaire; la figure 3 représente l'extrémité de l'épurateur de la figure 1 équipé d'un échangeur secondaire; la figure 4 est une vue en perspective de l'échangeur secondaire de la figure 3; et la figure 5 représente le schéma de circulation du fluide caloporteur. Le gaz pollué provenant du ventilateur (non représenté) entre dans l'épurateur par la bride 1 de la chambre de répartition 2 Le gaz s'engage à l'intérieur des tubes 3 de l'échangeur et sort préchauffé dans la chambre collectrice 4 En traversant le brûleur 5, le gaz parcourt dans un sens, puis dans le sens opposé, la chambre de combustion 6; celle-ci est maintenue, par le dosage du gaz combustible d'appoint alimentant le brûleur 5, à la température nécessaire au processus d'oxydation des substances polluantes Le gaz désormais épuré est réparti à l'extérieur des tubes 3 et rencontre des déflecteurs 7, 7 ' formant, dans cet exemple, une double hélice Après, toujours à titre d'exemple, quatre tours complets autour de la chambre de combustion 6, le gaz épuré revient à travers la chambre d'évacuation 8 vers l'axe de l'appareil pour sortir par le conduit 9. Dans la figure 2, on a représenté un détail d'un tube 3 muni d'une empreinte 10 en relief de forme hélicoïdale, de l'extérieur vers l'intérieur. D'autres formes, comme une double hélice parallèle ou bien croisée, peuvent être utilisées dans le cadre de cette même invention. La récupérateur secondaire E représenté aux figures 3 et 4 est inséré dans le conduit de sortie 9; il comporte une cloison de récupération cylindrique 11 dans laquelle coulisse un registre de dosage formé par une tige cylindrique 12 et une cloche creuse 13 Le gaz épuré s'engageant dans l'espace annulaire situé entre le conduit 9 et la cloison 11 traverse un tube à ailettes formant serpentin 17 et, après avoir cédé une certaine quantité de chaleur, se dirige par une bride 16 vers une cheminée de mise à l'atmosphère (non représentée). Lorsque la quantité de chaleur utilisée est inférieure à celle récupérable, la température du fluide caloporteur à la bride de sortie BS approche la température maximale admise (par exemple 350 'C); le servomoteur 15, par l'intermédiaire de la tige 14, fait alors coulisser le registre 12-13 vers la position "récupération fermée", représentée en pointillé Le gaz épuré s'écoule par l'intérieur des cylindres 12 et 11 vers la même sortie 16. Le système décrit reste compatible avec un éventuel volet 18 dit "by- pass chaud" qui laisse passer le gaz de la chambre de combustion 6 directement vers la sortie 16, ledit gaz ne traversant alors ni l'échangeur primaire, ni le secondaire. L'ensemble échangeur secondaire E est conçu comme un "insert" pour faciliter le montage-démontage comme le montre la figure 4. Etant donné la température élevée du fluide caloporteur, la chaleur récupérée peut être réutilisée par le processus polluant, suivant le schéma de principe représenté par la figure 5 Divers arrangements sont possibles, en conservant, dans le cadre de la présente invention, le principe de l'échange de chaleur direct, à l'aide d'échangeurs 19, entre ledit fluide et le flux d'air 20 brassé (recyclé) par les ventilateurs 21 à l'intérieur du four ou du sécheur On obtient ainsi des températures d'air allant jusqu'à 250-280 C, ce qui couvre la majorité des cas rencontrés en pratique Les sources de chaleur conventionnelles 22 du four ou sécheur restent généralement nécessaires dans les zones de chauffage à température élevée (I) et (II), les zones à température et consommation moindres (III), (IV) pouvant souvent être chauffées exclusivement par récupération. De même, certaines des vannes à trois voies 26 réglant l'apport de chaleur récupérée dans chaque zone devront être équipées de servomoteurs 27 alors que d'autres peuvent être de type manuel et rester bloquées dans une position fixe. La récupération est optimisée par la "mise en série", dans le sens des températures d'air décroissantes, des échangeurs à fluide caloporteur 19 Dans l'exemple représenté, TI > TII > TIII > TIV. Une autre simplification est apportée par l'entraînement de la pompe de circulation 23 du fluide caloporteur par le moteur 24 ventilateur 25. Cette description permet de souligner à l'aide de l'exemple représenté, certains avantages apportés par la présente 7 2688577 invention à savoir l'économie d'énergie obtenue avec un investissement raisonnable. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'épuration par incinération purement thermique pour effluents gazeux, du type à apport de chaleur supplémentaire à combustible gazeux et à préchauffage par récupération à l'aide d'un échangeur primaire tubulaire ( 3) et concentrique à la chambre de combustion cylindrique ( 6), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'écoulement ( 1, 2) des gaz pollués à l'intérieur des tubes ( 3) de l'échangeur et des moyens, tels que des déflecteurs ( 7, 7 '), pour donner aux gaz épurés sortant de la chambre de combustion ( 6) un mouvement hélicoïdal autour de ladite chambre de combustion ( 6), traversant la section libre restante entre lesdits tubes ( 3). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes ( 3) de l'échangeur primaire présentent une empreinte ( 10) en relief, en particulier en forme d'hélice, de l'extérieur vers l'intérieur, d'une profondeur approximativement égale à l'épaisseur de la paroi. 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les déflecteurs ( 7, 7 ') guidant le mouvement de l'air épuré forment deux hélices disposées symétriquement par rapport à l'axe de la chambre de combustion ( 6). 4 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'hélice ou les hélices comportent 3 à 8 pas. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur de récupération secondaire (E), par fluide caloporteur, de forme cylindrique creuse et intégré au moins partiellement dans le corps du dispositif d'épuration. 6 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la quantité de chaleur récupérée est régulée, en particulier pour éviter le dépassement de la température maximale admise par le fluide caloporteur, à l'aide d'un registre dit de type cloche creuse ( 13), qui laisse passer le gaz épuré à travers l'espace cylindrique laissé libre au centre dudit échangeur ( 3). 7 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fluide caloporteur cède la chaleur récupérée directement à l'air brassé dans un four de traitement dont provient le gaz pollué. 8 Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la chaleur récupérée par l'échangeur secondaire (E) est cédée au four ou sécheur polluant à l'aide d'échangeurs ( 19) raccordés en série dans le sens des températures de l'air brassé décroissantes. 9 Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pompe de circulation ( 23) du fluide caloporteur est accouplée à l'extrémité libre de l'arbre du moteur ( 24) entraînant le ventilateur ( 25).