Brevet FR2686146A1 — publié le 19930716

Incinérateurs de déchets à chambres verticales multiples. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un incinérateur de déchets à chambres verticales multiples. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication d'incinérateurs polyvalents permettant de brûler des déchets ou résidus solides et/ou des effluents liquides. Une des applications principales de l'invention, est l'incinération de déchets nocifs, dont on veut éviter tout risque de pollution vers l'extérieur, comme par exemple ceux d'origine nucléaire, et pour lesquels en particulier, la combustion doit alors être la plus complète possible. On connaît en effet déjà de nombreux types d'incinérateurs composés d'une cuve ou chambre de combustion principale au bas de laquelle se situe une grille d'évacuation des cendres, dans laquelle on introduit des déchets solides dans un premier étage, et qui comporte au moins un brûleur avec injection de combustible; puis dans un deuxième étage de cette chambre de combustion, on introduit éventuellement des déchets liquides par au moins un deuxième brûleur de combustible, assurant, en plus, ce que l'on peut appeler une post combustion des gaz se dégageant de la première combustion souvent incomplète. Un tel type de disposition est décrit dans la demande de brevet FR 2 661 734 déposée le 02 Mai 1990 par Monsieur Jean MELEN et intitulée "Incinérateur vertical pour produits solides pulvérulents, liquides ou gazeux', mais dans lequel on ne peut pas introduire de déchets solides volumineux, car les produit solides devraient être pulvérulents pour être introduits par le haut, et d'autre part, la façon dont est réalisée la postcombustion en dessous de la chambre de combustion ne permet de garantir une combustion complète et les fumées éventuellement comportant des particules nocives peuvent s'évacuer dans l'atmosphère depuis la base de l'incinérateur au niveau du cendrier. Dans d'autres types d'incinérateurs, des déchets liquides sont injectés dans le brûleur principal afin de participer directement à la combustion de déchets solides, comme décrit dans le brevet EP O 065 472 déposé le 22 Avril 1982 par L'ENTREPRISE GENERALE DE CHAUFFAGE INDUSTRIEL PILLARD et intitulé "Incinérateur polyvalent de déchets solides et liquides": en ce cas, il n'y a pas de post combustion à proprement parler, et les déchets solides peuvent être introduits sous forme relativement volumineuse, en sacs par exemple par un système de sas à bascule, mais en l'absence de postcombustion, la combustion totale de ces déchets est encore moins assurée que dans le cas précédent. De nombreux perfectionnements ont été développés par ailleurs sur divers types d'incinérateurs polyvalents, afin par exemple de maintenir la chambre de combustion en dépression par aspiration des gaz brûlés, mais sans que ceux-ci ne traversent les ventilateurs, comme dans le cas du brevet EP O 065 472 ci-dessus, ou de récupérer la production thermique du four d'incinérateur, après avoir amélioré cette production dans une chambre de postcombustion séparée de la chaleur de combustion par des tuyères générant des courants d'air cycliques, et grâce à des échangeurs placés dans des conduits d'évacuation des gaz, comme décrit dans le certificat d'utilité FR. 2.614 393 déposé le 23 Avril 1987 par la société IDEE S A R L, ou d'améliorer les moyens de chargement et/ou ceux d'évacuation mais souvent au détriment de la simplicité. Dans tous ces systèmes, on n'obtient donc pas, même avec une post combustion, une combustion complète des déchets et une partie de ceux-ci sous forme de particules sont alors rejetés avec les gaz brûlés, risquant ainsi de polluer l'atmosphère: ceci n'est pas acceptable, surtout s'il s'agit de déchets nocifs, comme ceux d'origine nucléaire, qui sont de plus contaminants. Par ailleurs, certains des systèmes actuels, du fait de la configuration de la disposition des différentes parties qui les constituent, sont d'une relative complexité de réalisation et de fonctionnement et souvent n'isolent pas suffisamment les accès d'utilisation des déchets et d'évacuation des cendres, qui eux aussi peuvent alors être une source de pollution: en particulier quand le chargement de déchets est effectué par une vis sans fin qui, outre de véhiculer les déchets, les malaxe, cette opération peut provoquer l'émanation de molécules dangereuses; de même, quand les cendres chaudes sont stockées dans des bacs de refroidissement non isolés, celles-ci peuvent également être la source d'émanations nocives. Le problème posé est alors de pouvoir fabriquer des incinérateurs polyvalents dans lesquels les déchets doivent être introduits de manière simple et en toute sécurité, sans risque de pollution et/ou même de contamination extérieure suivant leur nature et leur origine, puis être brûlés au maximum de leur combustion, les fumées obtenues étant débarrassées de toute particule pouvant encore polluer et/ou contaminer l'atmosphère, et les cendres recueillies et évacuées sans qu'elles aussi puissent polluer et/ou contaminer. Une solution au problème posé est un incinérateur de déchets comportant une chambre de combustion verticale équipée d'une grille de décendrage à sa partie inférieure, d'un moyen de chargement de déchets solides, d'au moins un brûleur et de moyens d'injection d'air, une deuxième chambre de postcombustion verticalement et coaxialement à la précédente, et équipée d'au moins un brûleur et de moyens d'injection d'air, et un conduit d'évacuation des fumées: les deux dites chambres sont distinctes, séparées et reliées l'une à l'autre par un passage, de section réduite inférieure à celles des deux chambres et ladite deuxième chambre de postcombustion est située au-dessus de la première chambre de combustion d'un volume supérieur; ledit brûleur de ladite chambre de post combustion est de préférence, un brûleur permettant d'injecter des déchets liquides et le conduit d'évacuation des fumées est situé à la partie supérieure de l'incinérateur. Une autre solution, complémentaire de la précédente, du problème posé est un incinérateur de déchets comportant une troisième chambre verticale, dite de dilution, située au-dessus de la chambre de postcombustion, coaxiale à celle-ci et équipée de moyens d'injection d'air à sa partie inférieure, permettant le refroidissement des gaz de combustion. Une autre solution, complémentaire des précédentes, est un incinérateur de déchets comportant, en dessous de ladite grille de décendrage, une autre chambre coaxiale à celle de combustion, fermée à sa partie inférieure par tout moyen de retenue des cendres, et comportant une double paroi périphérique, dans laquelle circule tout fluide de refroidissement; lesdits moyens de retenue des cendres et de fermeture inférieure de ladite chambre de refroidissement, sont de préférence constitués d'un sas à double fermeture réalisé par deux vannes de type guillotine. Une autre solution complémentaire également des précédentes, du problème posé, est que ledit moyen de chargement de déchets solides est latéral incliné et comporte deux volumes isolables l'un de l'autre par une vanne du type guillotine, le premier étant également isolable de l'extérieur par une deuxième vanne de même type et le deuxième étant isolable de la chambre de combustion par une troisième vanne de même type verticale et bétonnée. Le résultat est de nouveaux incinérateurs de déchets à chambres verticales multiples Ces incinérateurs répondent en effet au problème posé surtout si l'on combine l'ensemble des solutions exposées ci- dessus: tout d'abord, la disposition verticale et superposée de toutes les chambres constituant l'incinérateur permet d'alimenter et d'évacuer celui-ci par gravité; ceci évite, d'une part tout système mécanique d'entraînement complexe, et d'autre part, de risquer de malaxer la matière concernée qui, si elle est polluante ou contaminée, serait alors plus difficilement isolable et protégeable par rapport à l'atmosphère externe; alors que dans l'incinérateur suivant l'invention, grâce non seulement à sa position verticale, mais aussi à ses équipements complémentaires, les déchets peuvent être chargés en sacs isolants directement dans le sas d'entrée, pour être introduits dans la chambre de combustion sans déchirure des sacs, et les cendres peuvent être évacuées directement dans des sacs également isolés et isolants, supprimant les manutentions nécessaires à ce jour pour les laisser refroidir ce qui constitue un avantage supplémentaire. De plus, et suivant une autre caractéristique essentielle de la présente invention, l'existence d'une chambre de postcombustion distincte, plus importante et au-dessus de la chambre de combustion de déchets solides, permet d'une part d'assurer un temps de séjour des gaz provenant de cette première chambre, plus long et donc de permettre une combustion plus complète, et d'autre part, l'injection des déchets liquides en dehors de la première chambre de combustion, ce qui assure une incinération en deux temps et avec un bon réglage, une combustion quasi complète A ce jour les chambres de combustion et de postcombustion ne sont pas en général distinctes, et quand elles le sont, leur disposition est alors horizontale. Un autre intérêt des caractéristiques de la présente invention est suivant une des solutions exposées précédemment, au problème posé est la possibilité de refroidissement des gaz brûlés, avant leur évacuation, à une température inférieure à 180 C dans la chambré de dilution: ceci permet de disposer un filtre à la sortie de cette chambre, qui ne risque pas alors de brûler et qui permet de piéger toutes particules qui pourraient être entraînées avec les fumées, évitant ainsi qu'elles se dispersent dans l'atmosphère avec des risques de pollution et/ou de contamination quand c'est le cas Ceci est très important surtout pour des applications d'incinération de déchets de type nucléaire. Dans ce même objectif d'application pour des produits nocifs et surtout inflammables, l'existence d'un double sas à l'entrée des déchets assure une double sécurité en évitant tout retour de flamme éventuel à l'extérieur; il en est de même pour les cendres qui sont évacuées par un sas inférieur, isolant les chambres de combustion et de refroidissement de l'atmosphère extérieure. Ainsi, tout risque de contact de particules polluantes et/ou contaminées peut être supprimé, et cela d'autant plus que l'ensemble de l'incinérateur peut être mis en dépression, comme c'est le cas à ce jour du reste dans d'autres systèmes; mais grâce aux dispositifs suivant l'invention, cette dépression est d'une part d'autant plus aisée à réaliser que toutes les ouvertures sont à double sas et donc à double fermeture, contrôlables et isolables, et d'autre part d'autant plus importante que les déchets à incinérer sont nocifs et/ou contaminés. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus suffisent déjà pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et la figure unique ci-après représente un exemple de réalisation de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif: d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier en changeant les formes des différentes chambres et des passages de sections réduites les séparant. La figure unique jointe représente un incinérateur selon l'invention, qui est sur le principe d'un type connu, comportant une chambre de combustion 4 verticale équipée d'une grille 8 de décendrage à sa partie inférieure, d'un moyen de chargement 6, de type sas, de déchets solides 14, d'au moins un brûleur 18 orienté et incliné en direction de ladite grille, et de moyens d'injection d'air 20 arrivant par le dessous de ladite grille; ledit incinérateur comporte également une deuxième chambre de postcombustion 3 verticalement et coaxialement à la précédente et équipée d'au moins un brûleur 19 et de moyens 21 d'injection d'air situés en dessous dudit brûleur Dans les incinérateurs de type connus à ce jour, les deux dites chambres 4 de combustion et 3 de postcombustion sont en général constituées d'une seule enceinte, la séparation entre les deux volumes étant une séparation de fonctionnement, et pouvant être liée à la position des brûleurs et des orifices d'injections d'air; de plus la deuxième chambre de postcombustion 3 est souvent d'un volume inférieur à celui de la première chambre de combustion 4, alors que dans la présente invention les deux dites chambre 34 sont distinctes, séparées et reliées l'une à l'autre par un passage 23 de section réduite inférieure à celle des deux chambres 3, 4, et ladite deuxième chambre de postcombustion 3 est d'un volume supérieur à la première chambre de combustion 4 et située au-dessus de celle-ci. Ledit brûleur 18 dit de préchauffage dans ladite première chambre de combustion 4, permet de maintenir une température d'incinération dans cette chambre entre 600 et 900 'C, alors que le deuxième brûleur 19 de la deuxième chambre de postcombustion 3, permet d'augmenter la température dans cette chambre à une température supérieure à 1000 'C Les deux dites chambres 3, 4 sont de préférence, de forme de cylindrique de révolution de même diamètre et verticales. Ledit deuxième brûleur de postcombustion 3 est un brûleur permettant d'injecter du combustible seul pour assurer ladite post combustion, et/ou d'injecter en même temps des déchets liquides, grâce soit à une canne multicombustible, soit à un brûleur à plusieurs cannes dont une de déchets liquides. Ledit passage 23 peut être un rétrécissement formé par l'intersection de deux parties coniques le reliant aux deux chambres amont et aval, la partie conique aval 28 étant plus longue que la partie conique amont 27; et c'est dans cette partie conique aval 28 que débouchent les orifices 21 des moyens d'injection d'air de postcombustion et éventuellement inclinés vers le haut, alors que le brûleur de postcombustion 19 débouche au-dessus de la base de ladite partie conique 28 au niveau de son intersection avec la partie cylindrique de la chambre de postcombustion 3. L'ensemble desdites chambres est entouré d'une enceinte 1 constituée d'une façon connue d'une succession de couches de matériaux métalliques, de béton et de pierres réfractaires permettant une bonne isolation dudit four d'incinération, ainsi qu'une bonne étanchéité de celui-ci Tous les différents conduits permettant l'injection d'air à l'intérieur des chambres de combustion, ainsi que l'injection, pour les brûleurs, des combustibles, sont donc percés à travers lesdites parois de l'enceinte 1, qui comporte également par ailleurs, mais non figurés sur, la figure, des regards de visite permettant de contrôler l'intérieur desdites chambres. Comme indiqué précédemment, l'existence de cette deuxième chambre de postcombustion distincte de la première et d'un volume supérieur à la chambre de combustion, permet d'assurer une combustion plus complète des déchets et si, malgré cela, certains déchets restaient encore non brûlés, et à une température supérieure à 10000, il faut pouvoir les piéger à leur sortie dans le conduit d'évacuation 25 des fumées situé à la partie supérieure, tel que cela se fait dans beaucoup d'incinérateurs; pour cela, il est possible d'insérer dans ce conduit des filtres à manches pour arrêter les particules imbrûlées Or si celles-ci sont, en sortie de chambre de postcombustion, incandescentes, il faut pouvoir les ramener à une température inférieure à 180 'C pour ne pas brûler lesdits filtres: suivant ladite présente invention, une troisième chambre verticale, dite de dilution 2, est alors située au-dessus de la chambre de postcombustion 3, coaxiale à celle-ci et équipée de moyens 22 d'injection d'air et/ou d'eau à sa partie inférieure, permettant le refroidissement de ces gaz de combustion. De préférence, ladite troisième chambre 2 est distincte, séparée et reliée à la chambre de postcombustion 3 par un passage 24 de section réduite, inférieure à celle des deux chambres précédentes 2, 3 De préférence également, cette dite troisième chambre 2 est de forme cylindrique de révolution d'un diamètre superposés à celui des deux autres chambres. Ledit passage 24 séparant ladite chambre de dilution 2 de la chambre de postcombustion 3 est un cylindre d'axe coaxial à celui desdites chambres 2, 3, raccordé à celles-ci par deux parties coniques amont et aval, et éventuellement identiques, et dans lequel débouchent les orifices 22 desdits moyens d'injection d'air de dilution, situés de préférence au-dessus de la mi hauteur de cedit passage, et éventuellement inclinés vers le haut, de façon à créer une dépression et un effet d'entraînement dans la chambre de postcombustion, facilitant ainsi l'évacuation des fumées et le brassage de l'air avec celles-ci, afin d'assurer un meilleur refroidissement de celles-ci avant leur évacuation. Si malgré cette chambre de dilution, des particules incandescentes arrivaient malgré tout à pénétrer dans le conduit d'évacuation 25, de préférence celui-ci comporte en son entrée un dispositif de chicane 26 à plusieurs changements de direction contre les parois de laquelle les particules éventuellement alors encore incandescentes restant dans lesdites fumées puissent frapper et finir ainsi de s'éteindre. La quantité et la température de l'air et/ou de l'eau de dilution arrivant par les orifices 22 doivent être tels qu'ils permettent d'abaisser la température des gaz brûlés de postcombustion à environ au mieux 1000 C avant la sortie et au maximum de toutes façons 600 'C pour les raisons indiquées précédemment. A l'autre extrémité inférieure de ladite enceinte 1 ledit incinérateur suivant l'invention, comporte en dessous de ladite grille 8 de décendrage, une autre chambre 5 coaxiale à celle de combustion 4, fermée à sa partie inférieure par tout moyen de retenue 7 des cendres et comportant une double paroi périphérique 29 dans laquelle circule tout fluide de refroidissement. Ainsi, quand l'ensemble des moyens pouvant équiper ledit incinérateur selon l'invention sont combinés, l'incinérateur comporte en fait quatre chambres distinctes verticales, superposées et coaxiales. Cette dernière chambre 5 inférieure permet en effet, d'isoler les cendres après leur passage à travers la grille de décendrage 8, laquelle grille peut être entraînée, par tout moyen extérieur 9, en rotation, de façon à assurer cedit passage tout en maintenant au- dessus de la grille le foyer des déchets en train d'être brûlés dans la chambre de combustion 4. Lesdites cendres tombant dans la chambre de refroidissement 5 y séjournent jusqu'à ce que leur température soit compatible avec leur évacuation à la partie inférieure, qui permette en particulier de les évacuer directement dans des sachets ou autres sacs de type carton ou plastiques qui ne doivent pas être brûlés par lesdites cendres et peuvent être évacués directement et même fermés et isolés sans nécessiter de stockage intermédiaire, ni de manutention supplémentaire. Pour cela, ladite chambre 5 de refroidissement est de forme conique, en entonnoir orienté vers le bas, et la double paroi périphérique 29 assure une circulation de fluide tel que de l'air, entrant par un orifice d'entrée 10 et ressortant par un autre orifice de sortie 11 après avoir balayé l'espace et le volume constitué par ladite double paroi 29 Le refroidissement des cendres dans ladite chambre 5 doit être tel qu'il permette de refroidir lesdites cendres à une température inférieure à 800. A la partie inférieure de ladite chambre 5, lesdits moyens de retenue 7 des cendres et de fermeture inférieur, sont de préférence, constitués par un sas à double fermeture réalisé par deux vannes 12 de type guillotine permettant de s'ouvrir alternativement et successivement, pour ne pas faire communiquer le volume intérieur dudit incinérateur avec l'extérieur: l'évacuation des cendres 13 peut ainsi se faire en toute sécurité Lesdites vannes de fermeture à guillotine 12 sont de préférence en acier inoxydable, la double paroi dans laquelle circule le fluide de refroidissement est également en acier. De même, pour ledit moyen de chargement 6 de déchets solides, celui-ci est de préférence latéral et incliné pour permettre un chargement par gravité: il comporte deux volumes isolables l'un de l'autre par une vanne 15 de type guillotine, la première 61 étant également isolable de l'extérieur par une deuxième vanne 15 de même type, et le deuxième 62 étant isolable de la chambre de combustion 4 par une troisième vanne 16, qui est déplacée verticalement par un vérin 16 de manoeuvre Ceci permet ainsi d'avoir un double sas, alors qu'actuellement la plupart des incinérateurs ne comportent qu'un seul sas, ce double sas permettant une double sécurité par rapport à l'atmosphère et évitant tout retour de flamme lors de chargement de produits nocifs et inflammables qui pourraient ainsi polluer l'air extérieur. En option, ce four d'incinération suivant la présente invention peut être également équipé de systèmes de récupération de chaleur à l'intérieur de la chambre de dilution supérieure 2 pour alimenter une chaudière dans laquelle l'énergie thermique peut ainsi être récupérée, ce qui peut permettre également de diminuer l'apport d'air de dilution par les orifices d'entrée 22 et le débit d'évacuation des fumées 25. REVENDICATIONS 1 Incinérateur de déchets comportant une chambre de combustion ( 4) verticale équipée d'une grille ( 8) de décendrage à sa partie inférieure, d'un moyen de chargement ( 6) de déchets solides ( 14), d'au moins un brûleur ( 18) et de moyens d'injection d'air ( 20), une deuxième chambre de postcombustion ( 3) alignée verticalement et coaxialement à la précédente, et équipée d'au moins un brûleur ( 19) et de moyens ( 21) d'injection d'air, et un conduit ( 25) d'évacuation des fumées, caractérisé en ce que les deux dites chambres ( 3, 4) sont distinctes, séparées et reliées l'une à l'autre par un passage ( 23), de section réduite inférieure à celle des deux chambres ( 3, 4) et que ladite deuxième chambre de postcombustion ( 3) est située au-dessus de la première chambre de combustion ( 4) et d'un volume supérieur à celui de celle-ci. 2 Incinérateur de déchets suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième chambre verticale dite de dilution ( 2), située au-dessus de la chambre de postcombustion ( 3), coaxiale à celle-ci et équipée de moyens ( 22) d'injection d'air et/ou d'eau à sa partie inférieure, permettant le refroidissement des gaz de combustion. 3 Incinérateur de déchets suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite troisième chambre ( 2) est distincte, séparée et reliée à la chambre de postcombustion ( 3), par un passage ( 24) de section réduite, inférieure à celle des deux dites chambres ( 2, 3). 4 Incinérateur de déchets suivant la revendication ( 3), caractérisé en ce que ledit passage ( 24) est un cylindre d'axe coaxial à celui desdites chambres ( 2, 3), raccordé à celles-ci par deux parties coniques amont et aval, et dans lequel débouchent les orifices ( 22) desdits moyens d'injection d'air de dilution. Incinérateur de déchets suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit passage ( 23) est un rétrécissement formé par l'intersection de deux parties coniques le reliant aux deux chambres amont ( 4) et aval ( 3), la partie conique aval ( 28) étant plus longue que la partie conique amont ( 27) et dans laquelle débouchent les orifices ( 21) desdits moyens d'injection d'air de postcombustion. 6 Incinérateur de déchets suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, en dessous de ladite grille ( 8) de décendrage, une autre chambre ( 5) coaxiale à celle de combustion ( 4), fermée à sa partie inférieure par tout moyen de retenue ( 7) des cendres, et comportant une double paroi périphérique ( 29), dans laquelle circule tout fluide de refroidissement. 7 Incinérateur de déchets suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de retenue ( 7) des cendres et de fermeture inférieure de ladite chambre ( 5) de refroidissement, sont constitués par un sas à double fermeture réalisé par deux vannes ( 12) de type guillotine. 8 Incinérateur de déchets suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'entrée du conduit ( 25) d'évacuation des fumées, un dispositif de chicane ( 26) à plusieurs changement de direction contre les parois de laquelle les particules éventuellement encore incandescentes restant dans lesdites fumées puissent frapper. 9 Incinérateur de déchets suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit moyen de chargement ( 6) de déchets solides est latéral, incliné et comporte deux volumes isolables l'un de l'autre par une vanne ( 15) du type guillotine, le premier ( 61) étant également isolable de l'extérieur par une deuxième vanne ( 15) de même type et le deuxième ( 62) étant isolable de la chambre de combustion ( 4) par une troisième vanne ( 16) de même type, verticale et bétonnée. Incinérateur de déchets suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit brûleur ( 19) de ladite chambre ( 3) de post combustion est un brûleur permettant d'injecter des déchets liquides.