Brevet FR2724009A1 — publié le 19960301

La présente invention se rapporte à une installation et à un procédé d'alimentation d'un four de cimenterie en déchets industriels, notamment en pneus usagés déchiquetés. Les pneus usagés constituent une source de nuisance importante pour l'environnement. Outre l'aspect peu esthétique des tas de pneus existant à proximité des ateliers de montage ou sur les décharges, ceux-ci représentent un danger certain en raison de leur caractère inflammable. Le peu d'applications de réutilisation de la matière existant actuellement ne permet pas d'envisager une récupération rentable par la seule valeur du produit final. Les produits de recyclage issus des pneus usagés ne pouvant donner lieu à des produits à valeur ajoutée satisfaisante et, devant la quantité croissante de la production de pneus usagés, qui s'amoncellent dans divers endroits, les collectivités locales, administratives et autres autorités responsables ont conclu à l'élimination par incinération directe ou par mélange dans un four industriel. Une des applications préférées concerne les fours de cimenteries. Les pneus usagés sont introduits en quantité dosée entiers ou déchiquetés et à débit constant dans le four o progresse la masse des matières utilisées pour la fabrication du ciment. En raison de la haute température régnant dans le four, les morceaux combustibles sont immédiatement incinérés et les résidus mélangés à la matière donnent naissance au ciment. La matière combustible dont ils sont principalement formés constitue un excellent combustible apportant une puissance calorifique supplémentaire au four équivalente à celle du charbon. Les résidus de combustion constituent une 2 2724009 charge minérale pondérale au ciment dont la nature et les propriétés permettent d'améliorer la composition et la qualité de certains ciments. Si l'adjonction des pneus usagés déchiquetés dans les fours de cimenteries donne entière satisfaction tant au niveau des qualités du ciment qu'au niveau de la pollution, il s'avère difficile à mettre en oeuvre et à maîtriser le dosage et le chargement des morceaux déchiquetés dans le four. En effet, de par leur forme recourbée et leur nature élastique, ces déchets en morceaux ne se prédisposent pas facilement à une manipulation et à un acheminement à flux dosé régulier comme l'exige l'alimentation additionnelle d'un four de cimenterie. En effet, les pneus déchiquetés et plus particulièrement les déchets industriels broyés ou les résidus d'automobiles broyées ne peuvent pas être manipulés comme des produits en vrac classiques, qui sont homogènes et calibrés, en raison de leur forme et de leur grand coefficient de frottement. L'état naturel d'enchevêtrement et leur grande tendance au voûtage dans un volume restreint ne les prédisposent pas à une préhension facile ou à un déversement régulier. Au contraire, la tendance à l'imbrication est telle que les morceaux s'assemblent en paquets relativement difficiles à dissocier. Or, dans une chaîne d'approvisionnement d'un four de cimenterie, il est essentiel que les matières arrivent de façon régulière et continue. Les adjonctions brutales et ponctuelles de quantités supplémentaires de matières sont à proscrire. Les moyens classiques de stockage-manutention formés d'un silo approvisionné par un élévateur, suivi d'un extracteur conventionnel, d'un doseur et d'un convoyeur ne peuvent convenir en raison des phénomènes de voûtage, de bourrage et de sortie par paquets observés au niveau de l'extracteur. 3 2724009 Dès lors, le doseur ne peut fonctionner correctement et la chaîne ne peut approvisionner régulièrement le four en déchets de matière additionnelle combustible. Par ailleurs, la formation de voûtes dans le silo et les propriétés de friction du caoutchouc rendent particulièrement difficiles la progression vers le bas dans le silo de stockage et son extraction. Ainsi, la régularité de sortie du silo et donc d'approvisionnement n'est pas garantie. La perturbation du four de cimenterie qui serait ainsi occasionnée entrainerait un défaut de qualité du ciment. Or, la constance de la qualité constitue pour les producteurs de ciment un facteur primordial auquel ils sont très attentifs. Tous les inconvénients précités persistent dans le cas d'une cuve de stockage horizontale dont l'extraction s'effectue horizontalement par un tapis ou des vérins poussoirs. Le produit arrivant très irrégulièrement s'avère particulièrement difficile à doser. La présente invention a pour but de proposer une installation et un procédé de stockage et de chargement pour l'alimentation d'un four de cimenterie en pneus usagés déchiquetés qui donne toute satisfaction en ce qui concerne la régularité de l'adjonction. Ainsi, la production du ciment ne s'en trouve nullement affectée et la qualité reste constante pendant les longues périodes de fonctionnement continu. Pour ce faire, l'installation se compose de façon générale d'une fosse de stockage suivie d'une soute dans laquelle puise un grappin piloté par laser, d'une réserve-tampon sous la forme d'une trémie de grand volume par rapport au grappin équipée d'un détecteur de niveau. Le produit est évacué de cette trémie vers le bas par un extracteur à tablier avec 4 2724009 tambour écrêteur qui emporte les déchets sur un transporteur de transfert à bande équipé d'une bascule intégratrice associée à une commande pour réguler la vitesse de l'extracteur. Un convoyeur incliné achemine le produit vers une cheminée ou un puits d'alimentation du four. Le procédé de manutention consiste essentiellement à déverser les déchets dans une fosse, à les extraire par petites quantité et de façon contrôlée par un grappin, à charger une trémie par petites quantités jusqu'à un niveau haut, peu important, à déverser le grappin lorsque la trémie est presque vide, à extraire le produit de la trémie par un extracteur à tablier associé à un tambour écrêteur, à peser en continu la quantité de produit sur un convoyeur de transfert équipé d'une bascule intégratrice qui contrôle le débit réel et régule la vitesse de l'extracteur. D'autres avantages apparaitront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention effectuée à titre d'exemple uniquement en référence aux dessins accompagnants dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'ensemble en perspective de l'installation; 25. la figure 2 est le schéma de l'ensemble de l'installation; la figure 3 est une vue schématique en perspective de la trémie et de son dispositif d'évacuation. Pour la bonne compréhension de l'invention, on décrira d'abord l'installation de stockage- chargement pour fours de cimenteries. Il convient aussi de remarquer que cette installation est particulièrement bien adaptée aux déchets formés à partir de pneus usagés, mais qu'elle peut tout aussi bien convenir à tous les autres déchets industriels dès lors qu'ils présentent une tendance au voûtage ou à l'enchevêtrement. 2724009 L'installation débute par une réserve principale 1 par exemple abritée, constituée d'une fosse 2 et d'une soute 3 protégées par des murs tels que 4 et une couverture 5 formant un bâtiment 6. On peut également laisser cette réserve principale 1 en plein air sans murs de protection. Elle présente une ouverture frontale 7 permettant l'accès aux camions venant déverser les déchets dans la fosse et la soute. Au-dessus de ce volume, se déplace un grappin de préhension 8 monté sur un chariot-palan automoteur 9 le long d'un rail supérieur 10 entre une extrémité 11 de la réserve et une trémie 12 disposée au voisinage de l'autre extrémité 13 de la réserve principale 1. Les mouvements de ce grappin 8 sont commandés par un automate en liaison avec un détecteur de niveau 14 bas ou haut et bas du volume présent dans la trémie 12 de manière à la remplir partiellement en occupant un volume minimal 15 par les morceaux 16 de pneus déchiquetés provenant du grappin 8. A cet effet, le volume de prise du grappin 8 est choisi de façon à ne présenter qu'une petite fraction du volume total de stockage de la trémie 12. La trémie en forme de pyramide renversée présente une sortie latérale 17 sous la forme d'une ouverture rectangulaire 18, équipée d'un dispositif évacuateur 19 formé d'un extracteur à tablier 20 coopérant avec un tambour écrêteur 21. Le tambour écrêteur 21 est disposé en partie supérieure de l'ouverture de sortie de préférence à un emplacement tel qu'il constitue son bord supérieur 22. Il présente des nervures ou des réglettes longitudinales 23. Il tourne dans le sens opposé de sortie des produits comme indiqué par la flèche. L'extracteur à tablier 20 est incliné à environ 30 par rapport au plan de sortie des produits. Il est formé d'un tambour amont 24 à son extrémité avant 25 et d'un tambour aval 26 à son 6 2724009 extrémité arrière 27 entre lesquelles circule un tablier 28. L'extrémité avant 25 est située sensiblement à la verticale du tambour écrêteur 21. Le sens de rotation du tambour écrêteur et l'avance de l'extracteur sont contraires comme indiqué par les flèches. Ainsi, le tambour écrêteur tourne dans le sens contraire de la sortie des produits, c'est-à- dire travaille à refouler les produits vers l'intérieur de la trémie 12 comme un organe de rabattement alors que l'extracteur 20 emporte ces mêmes produits en les évacuant vers le bas. Cette association de moyens travaillant de cette façon procure toute satisfaction en ce qui concerne la sortie régulière des produits, même lorsqu'ils se trouvent dans un état de forte imbrication. Les produits peuvent ainsi sortir de la trémie par l'ouverture rectangulaire 18 à une vitesse contrôlée voisine de celle de l'extracteur car, grâce au tambour écrêteur 21, on introduit une force dynamique de refoulement qui empêche le bourrage et repousse vers l'arrière du fond de la trémie les produits en trop présents à la sortie. Ceux-ci sont déplacés ou ramenés dans la couche d'évacuation naturelle qui s'avance en nappe par glissement vers le sortie. C'est le rôle du tambour écrêteur 21 qui débarrasse la sortie de toute surcharge de produits occasionnant un bourrage. L'extracteur à tablier 20 entraîne le produit hors de la trémie 12 et le déverse sur un transporteur pondéral 29 de transfert à bande et à bords de contenance, équipé en extrémité d'une bascule intégratrice 30 qui contrôle le débit réel et régule la vitesse de l'extracteur 20 en fonction du débit de matière à acheminer vers le four. 7 2724009 Le produit est ensuite apporté au four par un ou plusieurs transporteurs classiques d'acheminement 31, par exemple à chevrons, en raison de la forte pente. Il est admis dans le four par une entrée auxiliaire 32 qui communique par une cheminée 33 d'alimentation secondaire avec une entrée supérieure 34, entrée dans laquelle est engagée l'extrémité du ou des transporteur(s) d'acheminement 31. La cheminée d'alimentation 33 comporte un volume de sécurité sous la forme d'un sas de sécurité d'isolation et de dépression à zones d'entrée et de sortie séparées par deux trappes 36 et 37 en raison de la haute température régnant dans le four. Elle comporte également une trappe de sécurité 38. Par ailleurs, et de façon optionnelle, l'entrée supérieure 34 dans la cheminée est décalée par rapport au trajet vertical de chute dans la cheminée par un bloc oblique 39 pour éviter à un éventuel retour de flamme d'atteindre l'extrémité haute du transporteur d'acheminement 31. On examinera maintenant le procédé de stockage et l'approvisionnement du four de cimenterie en pneus usés déchiquetés. Les pneus sont amenés à l'état déchiqueté par des camions qui déversent leur chargement dans la réserve principale 1 indifféremment dans la soute et dans la fosse. Le grappin 8 dont l'endroit de prise est déterminé par des séquences optimales d'enlèvement zones par zones, vient agripper une quantité de déchets correspondant à son volume de préhension. Le fonctionnement du grappin 8 est piloté par laser à partir d'une chaîne de commande en fonctionnement automatique. Le volume de la trémie est choisi pour que l'apport de matière constitué par une des charges du grappin n'occupe qu'une petite partie de ce volume. Le détecteur de niveau 14 bas ou haut et bas 8 2724009 équipant la trémie 12 fournit les signaux de commande de réapprovisionnement lorsque le volume dans la trémie atteint un niveau minimal. Le volume de réapprovisionnement est tel que le niveau corresponde à une quantité de matière suffisamment faible pour que le produit se déverse, établissant ainsi des conditions d'un fonctionnement permanent dans lequel la trémie est utilisée en remplissage partiel. On commande la vitesse de l'extracteur 20 par la bascule intégratrice 30 équipant le convoyeur pondéral de transfert 29. Elle fournit à une unité centrale 40 les indications du débit pondéral instantané qui, comparé à une consigne, agit sur la vitesse de l'extracteur 20 et sur celle du transporteur 29 en vue du maintien d'un débit pondéral donné. Cette régulation de la vitesse a pour but de maintenir un apport continu constant et régulier en poids de matière combustible supplémentaire au four malgré la difficulté connue d'extraire régulièrement de la trémie ce type de produit ou tout produit présentant des tendances au voûtage ou à l'imbrication. L'unité centrale 40 assure la gestion globale du débit pondéral d'alimentation d'un four à partir de ces déchets puisés dans une réserve en vue de maintenir une alimentation en flux continu constant. Ce débit pondéral d'alimentation en pneus déchiquetés peut être porté jusqu'à un apport énergétique représentant au maximum 10 % de la consommation calorifique du four. 9 2724009 REVENDICATIONS 1. Installation pour l'alimentation d'un four de cimenterie en pneus usagés déchiquetés, caractérisée en ce qu'elle se compose d'une réserve principale (1), d'un grappin (8) puisant dans cette réserve pour remplir une réserve tampon à ouverture calibrée, d'un dispositif d'évacuation (19) de la réserve-tampon, d'au moins un transporteur de transfert (29) à mesure du débit pondéral et d'un transporteur incliné d'acheminement (31) vers le four déversant le produit à débit pondéral constant dans une cheminée d'alimentation (33) communiquant avec une entrée auxiliaire (32) du four par l'intermédiaire d'un sas de sécurité (35) isolé par deux trappes, l'ensemble étant géré par une unité centrale (40). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif d'évacuation (19) se compose d'un extracteur à tablier (20) et d'un tambour écrêteur (21) formant l'extrémité supérieure de l'ouverture au-dessus de la sortie de la réserve tampon, l'extracteur (20) et le tambour (21) tournant dans des sens différents, le premier dans le sens de sortie des produits et le second dans le sens contraire. 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la réserve-tampon est une trémie (12). 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la trémie (12) est équipée d'un détecteur de niveau (14). 5. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le détecteur de niveau est un détecteur de niveau bas. 6. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la trémie est équipée d'un détecteur de niveau haut et bas. ' 2724009 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le transporteur de transfert (29) à mesure de débit pondéral comporte une bascule intégratrice (30). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la vitesse de l'extracteur (20) est commandée par la bascule intégratrice (30) à travers une chaîne de régulation. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'extrémité du transporteur d'acheminement (31) à bande est décalée par rapport à la cheminée d'alimentation (33). 10. Procédé d'alimentation d'un four de cimenterie en pneus usagés selon les revendications ci- dessus, caractérisé en ce que l'on réalise une réserve principale dans laquelle puise un grappin, que l'on alimente à capacité partielle une réserve-tampon en quantités minimales prédéterminées apportées par le grappin dont le fonctionnement est commandé à partir du niveau bas par un détecteur surveillant le niveau du produit dans la trémie, que l'on commande le grappin à partir de ces informations, que l'on régule la vitesse de l'extracteur du produit hors de la trémie à partir de l'organe de pesée intégré au transporteur de transfert pour que le débit en poids soit constant, que l'on alimente le four en déversant le produit en partie haute d'une cheminée communiquant avec une entrée auxiliaire du four par l'intermédiaire d'un sas de sécurité, l'ensemble étant géré en débit pour garantir une alimentation régulière du four en pneus déchiquetés selon un flux continu.