Brevet FR2756614A1 — publié le 19980605

La présente invention concerne le domaine technique de la combustion activée de combustibles appropriés, en vue de mener à bien une phase de transformation recherchée de matières quelconques soumises à montée en température par l'intermédiaire de la combustion du combustible. L'invention concerne, plus particulièrement, le domaine des fours à caractère industriel, dans lesquels se développent, en raison de la combustion activée, une température relativement élevée, sinon élevée, ainsi que des gaz de combustion généralement chargés et aussi à température élevée dont le flux et l'évacuation doivent pouvoir être maîtrisés pour satisfaire aux exigences légales ou réglementaires régissant le rejet dans le milieu environnant de déchets de combustion. A titre d'application préférée, l'objet de l'invention est particulièrement destiné au traitement des fumées d'un four de production de matières premières ou de métal, tel que la fonte, ou encore de traitements évolutifs de préparation et composition de produits élaborés à destinations et fonctions ultérieures, tels que, par exemple, les ciments ou la production de laine de roche. Dans le domaine général ci-dessus, il est connu que les combustions activées génèrent une grande masse de gaz à température élevée qui sont, en outre, non neutres chimiquement le plus souvent et, de surcroît, chargés en particules de matières diverses issues de la combustion. De tels gaz doivent, de plus en plus sinon obligatoirement, être épurés pour satisfaire les conditions de rejet dans le milieu environnant, sans générer de pollution au-delà d'un certain stade ou seuil bien déterminé. A cette fin, il est généralement admis qu'il convient de filtrer les gaz, tout en les refroidissant. Le premier objectif est de capter et retenir les diverses particules et, le second, est celui de ne pas imposer de températures excessives à des installations d'épuration qui, le cas échéant, pourraient, supplémentairement, être détruites par des risques d'incendie ou de températures élevées s'appliquant à des organes filtrants susceptibles d'être, pour partie ou non, colmatés. Un troisième objectif est aussi, par le refroidissement, de réduire le volume des gaz émis, afin d'en faciliter la filtration et de diminuer l'importance de l'installation prévue à cette fin. I1 s'avère, toutefois, que les moyens mis en oeuvre dans les techniques connues par les déposants ne peuvent pas être considérées comme susceptibles d'atteindre les objectifs de refroidissement et de filtration. En effet, il peut être considéré qu'en règle générale, les moyens de refroidissement connus, à base d'aspersion d'eau en amont des organes filtrants, souffrent d'inconvénients de dysfonctionnement imprévisibles qui font naître des variations brutales de la température des gaz qui sont alors susceptibles de provoquer, par eux-mêmes et par la présence de particules surchauffées qu'ils véhiculent, des risques d'incendies ou de détérioration des moyens filtrants. Par ailleurs, de tels moyens techniques n'ont pas de pouvoirs de captation et de rétention élevés, de sorte qu'un colmatage des moyens filtrants intervient généralement à brève échéance dans les installations actuelles. Supplémentairement, il peut aussi être considéré que de tels moyens d'aspersion, généralement localisés de façon stricte, ne sont pas à même d'assurer un traitement chimique des gaz préalablement à leur traitement et à leur rejet, par exemple dans un but de neutralisation d'acidité. I1 convient de citer, par ailleurs, que les moyens connus actuellement ne sont pas de nature à s'adapter à des conditions de combustion évolutives, telles que celles qui peuvent se développer, notamment, dans des fours de combustion dans lesquels, pour des raisons de campagnes de production ou de soutirage, des variations importantes de niveaux de charge et de combustion engendrent de grands écarts de température préjudiciables à un processus de fonctionnement constant, favorable au maintien de conditions optimales pour l'installation de filtration. C'est justement l'objet de l'invention que de proposer un nouveau procédé et un nouveau dispositif de traitement des gaz d'un four à combustion activée, procédé et dispositif particulièrement conçus pour surmonter les inconvénients de la technique connue. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, le procédé de traitement des gaz d'un four à combustion activée est caractérisé en ce qu'il consiste à - placeur, dans la zone d'évacuation ou de captation des gaz, une charge apte à retenir une masse liquide vaporisable de traitement desdits gaz, - assurer, au moins de façon intermittente, l'aspersion, au moins locale et au moins partielle, de ladite charge. L'invention a également pour objet un dispositif à même de réaliser un traitement des gaz d'un four à combustion activée, un tel dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend - une enveloppe ajourée, - des moyens d'asservissement en position de ladite enveloppe, - une charge contenue dans l'enveloppe et apte à retenir une masse de liquide de traitement vaporisable" - et au moins une rampe d'aspersion au moins partielle de ladite masse au moyen d'un fluide de traitement fourni à la rampe par une conduite d'alimentation. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une coupe-élévation schématique d'une première forme de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 2 est une coupe-élévation schématique d'une forme d'application préférée de l'objet de l'invention. La fig. 3 est une vue schématique partielle, à plus grande échelle, mettant en évidence les moyens techniques de l'objet de l'invention. La fig. 4 est une coupe-élévation schématique partielle montrant, à plus petite échelle, une variante d'application de l'objet de l'invention. La fig. 1 montre un premier exemple de mise en oeuvre de l'objet de l'invention en relation avec un four 1 à combustion activée, dont la partie supérieure comporte une bride 2 sur laquelle est fixée, par l'intermédiaire d'une bride 3, une cheminée 4 constituant une zone d'évacuation ou de captation des gaz qui sont produits par le fonctionnement du four 1. Dans l'exemple illustré, le four 1 doit être considéré au sens général d'un appareil incluant une charge de combustible pour produire une montée en température relativement importante qui est utilisée pour un traitement ultérieur, tel que celui de transformation d'un matériau quelconque. I1 convient de retenir qu'au sens de l'invention un tel four 1 revêt un caractère industriel. L'invention est spécifiquement dirigée vers de tels fours qui font intervenir, lors de leur fonctionnement, des températures élevées et produisent des quantités importantes de gaz de combustion, en raison de leur mode de fonctionnement du type à combustion activée. La cheminée 4 est prolongée, comme cela apparaît de façon schématique, pour être raccordée à une enceinte 5 de filtration au-delà de laquelle les gaz sont normalement rejetés dans le milieu environnant et, le plus souvent, dans l'atmosphère. Le procédé de traitement des gaz d'un four, tel que 1, consiste, sur la base de l'exemple illustré par la fig. 1, à introduire ou placer, dans la zone 4, une charge 10 qui est à même de retenir une masse liquide vaporisable destinée au traitement des gaz. La charge 10 peut être constituée par des boulets minéraux ou par tous moyens à même d'assumer une fonction de rétention d'une masse liquide. I1 peut ainsi être considéré que la charge 10 peut être formée par une structure appropriée, à même de favoriser le piégeage ou l'agglomération des scories, particules ou autres produits par le fonctionnement et qui, ensuite, se comportent comme une charge de rétention. Dans un exemple avantageux, la charge 10 est avantageusement constituée par une matière poreuse possédant un pouvoir de rétention convenable, sinon élevé, comme celui présenté par des blocs ou fragments 11 de matières minérales d'origine volcanique, qui sont disposés en vrac dans une enveloppe de confinement ou de maintien, soit spécifique, soit constituée directement, comme illustré par la fig. 1, par la cheminée 4. Dans un tel cas, l'enveloppe comporte une grille inférieure 12 sur laquelle peut reposer la charge 10 dont la constitution est réalisée pour former une sorte de tampon traversant, largement perméable aux gaz circulant dans le sens de la flèche fl. La grille 12 peut être réglable en position par rapport à la bride 3 ou, encore, être fixe, lorsqu'elle appartient par exemple à une enveloppe spécifique de la charge. I1 doit être envisagé que, dans certaines applications, la charge 10 pourrait être remplacée par une matière différente dans la mesure où elle serait choisie pour posséder des caractéristiques de rétention d'un liquide vaporisable de traitement en quantités suffisantes pour l'application visée et pour présenter, bien évidemment, une résistance appropriée à la montée en température susceptible de lui être appliquée. La charge 10 peut être introduite à demeure dans la zone 4 ou seulement lorsque, par l'intermédiaire d'un capteur tel que 13, il est apprécié que la température des gaz tend à s'élever au-dessus d'un plafond optimal déterminé et admissible pour le bon déroulement du procédé de transformation, mais aussi pour la bonne intégrité de toute l'installation ultérieure et, notamment, de l'enceinte de filtration 5. Par la mise en oeuvre des moyens ci-dessus, les gaz, provenant du fonctionnement du four, sont astreints à traverser le tampon que constitue la charge 10, qu'ils soumettent à élévation de température jusqu'à produire la vaporisation de la masse liquide de traitement retenue. La charge 10 assume, de cette façon, une première fonction de refroidissement. En effet, les gaz, traversant le tampon, sont refroidis de façon importante par la charge et par l'intermédiaire de la vaporisation du liquide de traitement et possèdent, à la sortie du tampon, une température qui est appropriée pour leur passage dans l'enceinte de filtration 5. La nature de la matière poreuse ainsi que la masse de liquide vaporisable sont donc déterminées en fonction de la quantité de gaz devant être traitée. Une autre fonction de la charge 10 tient à l'effet de rétention des particules solides qui sont en suspension dans les gaz circulant dans le sens de la flèche fl. Cette rétention provient de la présence physique de la matière poreuse, de sa grande surface spécifique et, aussi, de la présence du liquide de traitement vaporisable dont la transformation de phase intervient à coeur du tampon. Cette rétention, comme indiqué précédemment, peut résulter de l'agglomération ou du piégeage sur ou dans ou par une structure appropriée de scories, particules ou escarbilles produites par le fonctionnement du four. Pour conférer des caractéristiques d'efficacité de plus longue durée à la charge 10, il est avantageux, au sens de l'invention, de faire intervenir une aspersion de cette charge par l'intermédiaire d'au moins une rampe 15 qui est alimentée en liquide de traitement vaporisable par l'intermédiaire d'une conduite 16. De préférence, la rampe 15 est disposée en aval du tampon par rapport au sens de circulation selon la flèche f1 mais, de façon avantageuse, il est aussi prévu d'incorporer à la charge plusieurs rampes étagées 15, 15a, 15b ... qui, dans un tel cas, peuvent être alimentées par une canalisation 16 commune ou, de préférence, par autant de canalisations spécifiques. Ainsi, il peut être choisi, au cours d'un processus de traitement de parfaire ou de privilégier une aspersion locale de la charge 10, selon que les conditions de température ou de vitesse de circulation, voire de débit de gaz, se modifient en fonction des paramètres de conduite ou d'évolution du fonctionnement du four. I1 peut aussi être envisagé d'affecter, à chaque rampe spécifique, une caractéristique de fonctionnalité appropriée. I1 peut ainsi être retenu d'alimenter une rampe ou sélectivement plusieurs, voire toutes éventuellement, avec un liquide vaporisable ayant une première fonction de refroidissement mais, éventuellement aussi, une seconde fonction de traitement des gaz. Par traitement, il faut considérer une intervention sur un paramètre autre que celui de la température. Tel peut être le cas de la nature ou la composition des gaz lorsque, par exemple, le caractère acide des gaz exige un traitement chimique en vue de modifier le pH après passage à travers la charge 10. Dans un tel cas, il peut être envisagé de faire intervenir, par l'intermédiaire de la ou des canalisations d'alimentation appropriées 16, un liquide spécifique ou, encore, un liquide vaporisable de refroidissement, tel que de l'eau, véhiculant un adjuvant ou un additif approprié, incorporé initialement ou, encore, injecté dans la canalisation 16 selon des proportions appropriées. La fig. 2 montre un exemple préféré de mise en oeuvre du procédé de l'objet de l'invention. Selon cet exemple, le four 1 est constitué par un cubilot, de préférence mais non exclusivement, du type à vent froid et à défournementjournalier par l'intermédiaire de trappes inférieures 20. Un cubilot de cette nature génère un débit de gaz particulièrement important, même si, comme dans l'exemple préféré illustré, le gueulard latéral habituel est remplacé par un gueulard supérieur 21 normalement fermé par un couvercle amovible 22. Le gueulard 21 est délimité par une jaquette de chargement 23 s'étendant en partie axialement à l'intérieur d'une chambre de collecte et de captation 24 qui doit être considéré comme assimilable à la cheminée 4 de l'exemple selon la fig. 1. La chambre 24 est du type à tirage latéral, par l'intermédiaire d'une canalisation ou d'une gaine d'aspiration 25. La chambre 24 est, généralement, adaptée directement sur la partie supérieure du cubilot 1 et peut être garnie d'un revêtement réfractaire ou non. Dans l'application illustrée par la fig. 2, la charge 10 est constituée par une sorte de ballast qui peut être introduit ou placé, comme dit précédemment, à l'intérieur du cubilot 1 par l'intermédiaire du gueulard 21 et la jaquette 23. A cette fin et selon la disposition d'application visée, le ballast 10 est alors associé à des moyens 26 d'asservissement en position qui, dans le présent exemple, sont d'asservissement en position verticale. Les moyens 26 peuvent être, par exemple, constitués par un moufle ou analogue 27 auquel le ballast 10 est suspendu. Dans une telle application, la charge est contenue dans une enveloppe ajourée 30 dont la section droite transversale est inférieure, d'une part, à celle utile du cubilot 1, notamment dans sa partie supérieure et, d'autre part, aussi à celle de la jaquette de chargement 23. Dans l'application visée, les moyens d'asservissement en position verticale permettent de placer la charge 10 immédiatement à la base de la jaquette de chargement 23, c'est-à-dire, pour partie, dans la chambre 24 et, pour partie, dans le cubilot, de manière que les gaz, produits par le fonctionnement du cubilot 1, soient astreints à traverser la charge 10 avant de s'engager dans l'espace annulaire de captation et de collecte défini par la chambre 24 autorisant le tirage et l'évacuation des gaz par la gaine 25. I1 doit être considéré que les moyens d'asservissement en position verticale sont aussi de nature à permettre un ajustement de la position de la charge 10 qui peut être descendue à l'intérieur du cubilot, en correspondance de la variation de niveau de charge de combustible et de minéraux, de métaux ou de matières premières que ce dernier contient. De cette façon, il peut être procédé à un ajustement de la phase de traitement des gaz en agissant, soit au plus près de la zone de libération où leur température est maximale, soit de façon légèrement différée en aval par rapport au sens de circulation dans le sens de la flèche fl. Dans l'application, telle qu'elle apparaît préférentiellement sur la base de la fig. 2, le dispositif de traitement des gaz, permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention se trouve réalisé de manière appropriée tel que cela est illustré par la fig. 3. Selon cette figure, la charge 10 est maintenue ou confinée dans l'enveloppe ajourée 30 qui peut être apparentée à une sorte de panier métallique dont la forme géométrique n'apparaît pas critique, dans la mesure où elle respecte un certain nombre de conditions. I1 s'agit, essentiellement, de pouvoir assurer le maintien d'une charge 10 appropriée, tant en volume qu'en masse, tout en autorisant le passage des gaz à travers une telle charge. I1 s'agit encore d'une résistance à la montée en température permettant une mise en service durable. I1 s'agit encore d'une possibilité de relation physique avec les moyens 26 d'asservissement en position. I1 s'agit enfin, sans être limitatif, d'une possibilité d'engagement et de relevage selon une direction verticale à l'intérieur de la jaquette 23 et du cubilot 1. L'enveloppe 30 peut donc être constituée d'une seule pièce sur toute la hauteur qu'il convient de choisir pour contenir la charge 10 nécessaire. I1 peut aussi être envisagé, pour plus de souplesse constructive, voire d'adaptabilité fonctionnelle, de réaliser l'enveloppe 30 sous la forme de compartiments ou de paniers 30, 30a ... 30n qui peuvent être assemblés par des moyens structurels propres les uns à la suite des autres, comme cela est illustré par la fig. 3. Dans un tel cas, chaque panier est à même de contenir une charge 10 identique ou non à celle des autres paniers. L'enveloppe 30 unitaire ou chaque panier 30, 30a ... 30n est pourvu d'au moins une rampe 15 raccordée à une canalisation d'alimentation 16. Dans le cas de pluralités de paniers, il est avantageux de munir chacun d'eux d'une rampe propre 15, 15a ... 15n et de relier chacune des ces rampes à une canalisation spécifique 16, 16a... 16n. Selon un développement du procédé, et plus particulièrement pour tenir compte de l'application visée, il est avantageusement prévu de mettre en oeuvre, outre la ou les rampes d'aspersion 15 comme dit précédemment, aussi au moins une seconde rampe 40, dite externe par rapport au qualificatif d'interne pouvant être affecté à la ou aux rampes 15. La ou les rampes externes 40 sont aussi reliées à des canalisations 41 d'alimentation propre en un fluide de traitement liquide vaporisable répondant aux mêmes caractéristiques que celles énoncées précédemment. La ou les rampes 40 sont conçues de manière à produire, notamment par l'intermédiaire de buses 42, une couronne d'aspersion annulaire 43 qui présente, de préférence, la caractéristique d'être composée de jets multiples divergents. Dans tous les cas, I'aspersion annulaire 43 est prévue pour assurer une aspersion de la charge à partir de la périphérie extérieure de l'enveloppe ajourée 30 et une aspersion directe de la paroi interne 44 de la zone 4 dans laquelle la charge est introduite ou placée. Cette aspersion en couronne forme une sorte de barrière d'étanchéité ou de joint dynamique entourant la charge 10, de telle sorte que les gaz produits soient astreints à traverser cette charge et ladite barrière qui a pour fonction d'occuper l'intervalle structurel nécessairement existant, dans cette application, entre l'enveloppe 30 et la paroi 44. Dans l'exemple de réalisation préféré, chaque panier 30, 30a ... 30n est pourvu d'une rampe d'aspersion extérieure 40, 40a ... 40n. Il est avantageusement prévu aussi de rendre les paniers 30, 30a ... 30n démontables par l'intermédiaire de brides 50 de liaison lorsqu'il est souhaité adapter la hauteur utile et, par conséquent, la capacité de chargement, en fonction des conditions de fonctionnement du four et/ou des paramètres d'alimentation en liquide vaporisable de traitement. La fig. 4 montre une autre application concernant le traitement des gaz produits par un four, tel que 60, du type rotatif sur un axe x-x' considéré comme horizontal ou sensiblement horizontal. De tels fours, généralement portés par des galets 61, peuvent être animés d'une rotation intermittente ou permanente, par exemple dans le sens de la flèche f2 et comportent une bouche de sortie 62 qui peut être réservée uniquement à cette fonction ou encore à celle de chargement dans certaines dispositions, applications ou mises en oeuvre, notamment en cas de fonctionnements intermittents. Généralement, la bouche de sortie 62 est raccordée, par un joint tournant 63, à une gaine 64 assumant une fonction de zone de captation et d'évacuation comparable à la zone 4 de la fig. 1. La gaine 64 communique avec une cheminée 65 chargée de conduire les gaz en direction d'une installation de filtration telle que 5 de la fig. 1. Selon l'invention, il est prévu de mettre en oeuvre un dispositif capable de permettre le déroulement du procédé décrit précédemment. Le dispositif comprend alors une enveloppe 66 contenant une charge 10 susceptible d'être aspergée par une rampe 67, généralement mais non essentiellement, à caractère interne. L'enveloppe 66 est reliée à des moyens 26 d'asservissement en position comprenant un actionneur 68 capable de placer l'enveloppe dans une position d'attente à l'extérieur de la gaine 64 ou, au contraire, de permettre l'introduction de cette enveloppe à l'intérieur de la gaine et entre la bouche de sortie 62 et la cheminée 65. Pour faciliter un tel transfert, il est avantageux de munir l'enveloppe de moyens de support et de mobilisation 69 susceptibles de coopérer avec une voie de guidage 70 alignée avec la gaine 64 dans laquelle l'enveloppe 66 peut être engagée ou de laquelle elle peut être extraite. Comme dans les exemples précédents, la rampe 67 est raccordée à au moins une canalisation 71 d'alimentation en liquide de traitement vaporisable. I1 va de soi qu'il peut être prévu de disposer, à l'intérieur de l'enveloppe et à l'intérieur de la charge 10, plusieurs rampes 67 capables d'assumer les mêmes fonctions que celles pouvant être dévolues aux rampes 30, 30a ... 30n ou 40, 40a ... 4yin. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé de traitement des gaz d'un four à combustion activée, caractérisé en ce qu'il consiste à - placer, dans la zone d'évacuation ou de captation des gaz, une charge apte à retenir une masse liquide vaporisable de traitement desdits gaz, - assurer, au moins de façon intermittente, l'aspersion, au moins locale et au moins partielle, de ladite charge. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dispose la charge lorsque la température du gaz tend à s'élever au-dessus d'un plafond optimal déterminé admissible. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on assure, au moins de façon intermittente, l'aspersion de la charge par l'intermédiaire d'au moins une rampe interne à cette dernière. 4 - Procédé selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce qu'on assure l'aspersion de la charge et de son environnement annulaire par l'intermédiaire d'au moins une rampe externe à la charge. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on produit, par la rampe annulaire externe, une aspersion annulaire à caractère divergent, de manière à projeter du liquide sur la charge, mais aussi sur la paroi de la zone du four dans laquelle la charge est introduite. 6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on assure l'aspersion avec un liquide vaporisable de refroidissement. 7 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on assure l'aspersion avec un liquide vaporisable véhiculant un adjuvant ou un additif de traitement chimique des gaz. 8-Dispositif de traitement des gaz d'un four à combustion activée, caractérisé en ce qu'il comprend - une enveloppe ajourée (30), - des moyens (26) d'asservissement en position de ladite enveloppe, - une charge (10) contenue dans l'enveloppe et apte à retenir une masse de liquide de traitement vaporisable, - et au moins une rampe (15, 40) d'aspersion au moins partielle de ladite masse au moyen d'un fluide de traitement fourni à la rampe par une conduite d'alimentation. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens (26) d'asservissement en position sont du type réglable. 10 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe définit plusieurs compartiments (30, 30a ... 30n) de réception d'une charge, certains compartiments au moins possédant au moins une rampe d'aspersion (15). 11 - Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rampe d'aspersion (15) interne à la charge et au moins une rampe d'aspersion (40) externe à cette charge. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 8, 10 ou 11, caractérisé en ce que chaque rampe d'aspersion est reliée à une conduite d'alimentation propre (16, 41). 13 - Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la rampe d'aspersion externe (40) est pourvue de buses ou analogues (42). 14 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'enveloppe (30) possède une section droite transversale inférieure à celle de la zone (4) d'évacuation ou de captation des fumées d'un four et en ce que la ou les rampes externes sont à même de produire une aspersion dans l'espace annulaire ainsi délimité. 15 - Dispositif selon la revendication 8 ou 14, caractérisé en ce que l'enveloppe (30) possède, en outre, une section droite transversale inférieure à celle d'une jaquette de chargement (23) disposée dans la zone d'évacuation ou de captation des fumées d'un four. 16 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la charge (10) est constituée par des fragments de matière minérale d'origine volcanique. 17 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la charge (10) est constituée par des boulets en matière minérale. 18 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la charge (10) est constituée, au moins en partie, par l'agglomération, sur une structure de piégeage, de scories, particules, escarbilles ou analogues produites par le fonctionnement du four.