Brevet FR2755501A1 — publié le 19980507

La présente invention concerne le domaine technique du traitement par calcination, incinération ou combustion de déchets au sens général. L'invention trouve une application par exemple, dans le domaine de l'incinération de déchets de nature végétale ou à caractère industriel banal, tels que par exemple palettes ou cartons et trouve une application particulièrement avantageuse pour le traitement des déjections d'animaux et en particulier, les fientes de volailles. L'élimination des déchets du secteur industriel ou ménager est un problème délicat à résoudre en raison, d'une part, de l'augmentation rapide du volume des déchets et, d'autre part, des normes liées à l'environnement rendant de plus en plus difficile leur élimination, notamment, par épandage ou enfouissement. Dans l'état de la technique, il est connu d'éliminer des déchets en les traitant par incinération. Il est connu de nombreux types d'installations permettant de traiter les déchets par combustion. Il apparaît que de telles installations sont relativement complexes et ne permettent pas d'envisager la réalisation d'installations d'incinération présentant une capacité de traitement relativement faible tout en offrant une rentabilité satisfaisante. Or, il est clair qu'il apparait le besoin de disposer de telles installations de manière à pouvoir traiter des déchets sur un site proche de leur lieu de production, afin d'éviter leur transport. Tel est le cas, notamment, pour les fientes de volailles issues de sites dispersés sur le territoire. Par ailleurs, il s'avère nécessaire de maîtriser les paramètres des gaz et fumées produits lors de la combustion, afin de respecter l'environnement. Il apparaît donc le besoin de disposer d'un procédé de traitement par combustion de déchets permettant de maîtriser les fumées issues du processus de traitement et présentant une capacité de traitement relativement faible, tout en conservant une rentabilité satisfaisante. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire le besoin exprimé ci- dessus en proposant un procédé assurant le traitement par combustion des déchets et la récupération de la chaleur produite lors de la combustion. Selon l'invention, le procédé consiste - à créer un foyer de combustion dans un four, - à déverser les déchets en continu et de façon dispersée à l'intérieur du foyer de combustion dans lequel est amené un premier comburant, de manière à brûler les déchets et à obtenir des fumées de combustion, - à canaliser les fumées de combustion dans une chambre de postcombustion dans laquelle est amené un second comburant, - à assurer l'inflammation des fumées pour assurer la combustion des fumées et l'obtention de gaz et fumées, - et à faire circuler les gaz et fumées dans un échangeur de chaleur dont le foyer est constitué par la chambre de postcombustion. L'objet de l'invention vise également à proposer une installation de traitement par combustion de déchets et de récupération de chaleur. Selon l'invention, l'installation comporte - un four de combustion comprenant: un foyer de combustion pourvu d'un orifice de déversement des déchets amenés par des moyens d'approvisionnement, un brûleur associé au foyer de combustion, un système de dispersion des déchets à l'intérieur du foyer de combustion, des moyens de fourniture d'un premier comburant pour permettre la combustion des déchets et l'obtention de fumées de combustion, 20. un système de canalisation des fumées de combustion, - une chaudière de chauffage comportant: une chambre de postcombustion dans laquelle débouche le système de canalisation des fumées et des moyens de fourniture d'un second comburant pour assurer la combustion des fumées dans la chambre de postcombustion, en vue d'obtenir des gaz et fumées, et un échangeur de chaleur entre un circuit de circulation d'un fluide caloporteur et un circuit de circulation des gaz et fumées issus de la chambre de postcombustion. 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 et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue générale d'une installation de traitement conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe-élévation d'un four de combustion mis en oeuvre dans l'installation selon l'invention. La fig. 3 est une vue en coupe transversale du four de combustion, prise sensiblement selon les lignes III-III de la fig. 2. La fig. 4 est une vue en coupe transversale du four de combustion, prise sensiblement selon les lignes IV-IV de la fig. 2. La fig. 5 est une vue en coupe-élévation d'une unité de récupération de chaleur utilisée dans l'installation selon l'invention. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, l'installation A selon l'invention est destinée à assurer le traitement par combustion ou incinération de déchets 1 au sens général, se présentant naturellement ou à la suite d'un traitement approprié, sous la forme d'éléments individualisés, de particules ou de granulés. A titre d'exemples non limitatifs, les déchets 1 peuvent être constitués par des produits forestiers provenant, par exemple, d'élagages, ou par des cartons ou des palettes traités préalablement par un broyeur associé ou non à l'installation A. Selon une caractéristique préférée de réalisation, les déchets 1 sont constitués par des déjections de volailles qui sont généralement combinées à des copeaux de bois. L'installation de traitement A comporte un four I de combustion ou de calcination des déchets, suivi par une unité II de récupération de chaleur dont les gaz et fumées de sortie sont recueillis par une unité de traitement mII. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 2 à 4, le four de calcination ou de combustion I comporte un foyer de combustion 2 délimité par une enveloppe fermée 3 à caractère réfractaire. Le foyer de combustion 2 comporte un orifice 4 de déversement des déchets 1 qui sont amenés par l'intermédiaire d'un moyen d'approvisionnement 5 qui, dans l'exemple illustré, est constitué par l'intermédiaire d'une vis sans fin 51 montée à l'intérieur d'un tube 6 débouchant, par exemple, à la base d'une trémie 7 dans laquelle les déchets 1 sont déversés directement ou après avoir subi un broyage préalable. Le tube 6 traverse la paroi avant 31 du four pour déboucher, dans l'exemple illustré, à la partie haute du foyer de combustion 2. De préférence, le tube 6 est centré sur le plan médian ou de symétrie transversal P du foyer de combustion 2. Le four de combustion I comporte également un brûleur 8 de tous types connus en soi, par exemple, au fuel ou au gaz. Le brûleur 8 est équipé d'un conduit tubulaire 9 débouchant à l'intérieur du foyer de combustion 2 en traversant un orifice 10 ménagé dans la paroi avant 31. Selon une caractéristique préférée de réalisation, le brûleur 8 est monté sur un chariot non représenté permettant de retirer le tube 9 de l'intérieur du foyer 2. L'orifice 10 peut être fermé par un volet d'obturation 12 (fig. 4). Le four de combustion I comporte également un système 16 de dispersion des déchets à l'intérieur du foyer de combustion 2. Dans l'exemple illustré, le système de dispersion 16 est constitué par une grille montée à l'intérieur du foyer 2 à un niveau intermédiaire entre l'orifice de déversement 4 et le brûleur 8. Tel que cela ressort plus précisément des fig. 2 et 3, la grille de dispersion ou de répartition 16 est constituée, dans l'exemple illustré, par des tubes 17 s'étendant en porte-à-faux à partir de la paroi avant 31 et sur la majeure partie de la longueur du foyer de combustion 2. Tel que cela ressort plus précisément de la fig. 3, les tubes 17 sont également répartis sur toute la largeur du foyer 2. Dans l'exemple illustré, la grille 16 est également formée par l'intermédiaire d'un tube central 171 de part et d'autre duquel sont positionnés, dans l'exemple, trois tubes 17 de section plus petite que la section du tube 171. Le tube 171 est centré sur le plan de symétrie P en étant placé à un niveau supérieur par rapport aux tubes 17 dont leurs centres sont situés sur la courbure convexe d'un cercle. De préférence, le système de dispersion 16 est complété par une platine 19 placée en dessous et s'étendant au-delà de l'orifice de déversement 4, de manière à permettre un déversement régulier des déchets à l'intérieur du foyer de combustion, comme cela sera mieux compris dans la suite de la description. Bien entendu, il peut être prévu d'assurer la dispersion des déchets 1 à l'intérieur du foyer par l'intermédiaire de moyens différents. Une telle répartition peut, par exemple, être assurée au niveau de l'introduction des déchets, à l'aide notamment d'une hélice de dispersion, combinée éventuellement à une soufflerie. Selon une caractéristique de l'invention, le foyer de combustion 2 est équipé de moyens 21 de fourniture d'un premier comburant pour permettre la combustion des déchets 1. Par exemple, le comburant est de l'air. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de fourniture 21 sont constitués par le volume interne des tubes 17 raccordés à un boîtier collecteur 22 qui est relié à un ventilateur non représenté. Les tubes 17 comportent des orifices radiaux de sortie 23 ménagés, de préférence, à leur partie supérieure et des orifices axiaux de sortie 24 aménagés pour orienter l'air vers le haut du foyer. Il doit être compris que le premier comburant est amené à l'intérieur du foyer 2 pour permettre par le brûleur 8, d'assurer la combustion des déchets 1. Il est à noter que le premier comburant, tel que de l'air, est également apporté à l'intérieur du foyer 2 par l'intermédiaire du moyen d'approvisionnement 5. En effet, les déchets 1 sont amenés à l'intérieur du foyer 2 en combinaison d'un flux d'air. Le premier comburant est amené en quantité nécessaire pour permettre la combustion des déchets produisant des fumées de combustion représentées symboliquement par des flèches f. Selon une autre caractéristique de l'invention, le foyer de combustion 2 est aménagé pour présenter un système 28 conçu pour canaliser les fumées de combustion f en direction d'une chambre 29 de postcombustion (fig. 5). Dans l'exemple illustré, le système de canalisation 28 est constitué par un canal 30 formant venturi s'évasant à l'intérieur du foyer de combustion 2 pour déboucher à l'intérieur de la chambre de postcombustion 29. Selon l'invention, le système de canalisation des fumées de combustion 28 est réalisé en relation de la sortie de moyens 32 de fourniture d'un second comburant. Dans l'exemple illustré, les moyens 32 de fourniture du second comburant sont constitués par le tube central 17 s'étendant en porte-à-faux à partir du boîtier de raccordement 22 et constituant une canne d'amenée d'air. Le tube 171 s'étend dans le foyer au-delà des tubes 17 pour déboucher par son orifice axial 33 à l'entrée du canal 30 pour amener le second comburant dans cette zone et assurer la combustion complète des fumées issues de la combustion des déchets. Dans l'exemple illustré, le canal 30 est réalisé dans la paroi arrière 32 du foyer. Les fumées de combustion f sont donc canalisées vers l'arrière du foyer sensiblement à un niveau intermédiaire du foyer 2. Il est à noter que le système de canalisation 28 peut être conçu pour orienter les fumées vers le haut du foyer 2. Selon cette variante, la chambre de postcombustion 29 est placée audessus du foyer 2. Dans le même sens, il peut être prévu d'inverser la position entre le moyen d'approvisionnement 5 et les moyens 32 de fourniture du second comburant. Dans cette forme de réalisation, le moyen d'approvisionnement 5 débouche sensiblement dans la partie médiane du foyer 2, tandis que les moyens de fourniture 32 sont situés dans la partie supérieure du foyer. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la chambre de postcombustion 29 constitue le foyer d'un échangeur de chaleur 40 d'une chaudière de chauffage. La chambre de postcombustion 29 est délimitée, en partie basse, par la paroi interne d'un socle 42 dans lequel débouche le canal 30 par un orifice 301. La chambre de postcombustion 29 est délimitée, en partie haute, par une enveloppe 43 délimitant avec une coiffe 44, une capacité lamellaire L. La coiffe 44 est reliée à l'une des extrémités d'une virole 45 de section par exemple, circulaire, dont l'autre extrémité est reliée à une chambre de mélange 46. L'échangeur de chaleur 40 comporte une série de tubes échangeurs 47 traversant la virole 45 en s'étendant sensiblement parallèlement entre-eux et en étant espacés les uns des autres. Les tubes échangeurs 47 sont fixés par leur pied, sur l'enveloppe 43 et par leur sommet, sur la chambre de mélange 46 en la traversant. Les tubes échangeurs 47 s'ouvrent donc, par une de leurs extrémités, à l'intérieur de la chambre de postcombustion 29 et, par l'autre de leurs extrémités, à l'intérieur d'une boîte de collecte 50 connectée à l'unité de traitement II. Les tubes échangeurs 47 constituent, par leurs parois, des capacités d'échange avec un circuit 52 de circulation d'un fluide caloporteur destiné à être contenu à l'intérieur de la chambre de mélange 46, de la virole 45 et de la capacité lamellaire L. De préférence, la circulation du fluide caloporteur entre la chambre de mélange 46 et l'intérieur de la virole 45, s'effectue, d'une part, par l'intermédiaire d'un passage annulaire 53 subsistant entre un prolongement tubulaire 54 de la virole et la paroi supérieure de la chambre de mélange et, d'autre part, par des ouvertures 55 ménagées dans la partie basse du prolongement 54. La chambre de mélange 46 comporte également une canalisation de départ 56 et une canalisation de retour 57 permettant d'utiliser le fluide caloporteur dans une installation de chauffage adaptée. Les tubes échangeurs 47 constituent intérieurement un circuit 59 de circulation pour les gaz et fumées F issus de la chambre de postcombustion 29. Selon une caractéristique avantageuse, la chambre de postcombustion 29 peut être équipée d'un brûleur auxiliaire non représenté, de tous types connus, tels que par exemple au fuel. Les gaz et fumées sortant de la boîte de collecte 50 sont destinés à être recueillis par l'unité de traitement III qui peut être constituée par exemple, par un cyclone de tous types connus en soi. Le fonctionnement de l'installation de traitement A selon l'invention découle directement de la description qui précède. Les déchets 1 sont amenés par le moyen d'approvisionnement 5 à l'intérieur du foyer de combustion 2. Les déchets 1 sont amenés en continu pour se déverser à partir de l'orifice 4 sur la platine de réception 19 sur laquelle ils forment un tas. A partir du tas ainsi constitué, les déchets sont destinés à tomber de manière sensiblement continue, à l'intérieur du foyer en direction des tubes de répartition ou de distribution 17 et 171. La disposition des tubes 17, 171 à l'intérieur du foyer permet d'éviter que les déchets 1 tombent directement dans le fond du foyer 2. Le fonctionnement du brûleur 8 combiné à l'amenée du premier comburant au niveau des tubes de répartition 17, 171 permet d'assurer une combustion totale des déchets 1 au sein du foyer 2. Les fumées de combustion f sont conduites naturellement à l'intérieur du canal 30, à l'entrée duquel débouche le second comburant qui se trouve avantageusement réchauffé par son passage à l'intérieur du tube 171 situé à l'intérieur du foyer de combustion 2. La présence combinée des fumées de combustion f et du second comburant chaud permet d'obtenir une postcombustion des fumées f. Il apparaît ainsi une flamme de combustion qui s'étend à partir du foyer 2 dans le canal jusque dans la chambre de postcombustion 29. Il s'ensuit que les fumées f subissent une combustion complète permettant d'obtenir des gaz et fumées représentés par des flèches F et qui s'élèvent à l'intérieur des tubes échangeurs 47. Le four I selon l'invention permet d'obtenir une combustion pratiquement complète de tous les déchets apportés à l'intérieur du foyer 2. Les déchets solides non combustibles sont recueillis à la base du foyer de combustion à l'intérieur d'une goulotte 70 aménagée dans le fond du four. La goulotte 70 est équipée d'un moyen d'extraction 71, tel qu'une vis sans fin. La chambre de postcombustion 29 pour les fumées f constitue avantageusement le foyer de l'échangeur de chaleur 40 permettant de récupérer les calories échangées à partir des tubes 47, par le circuit de circulation de fluide caloporteur. Le fluide caloporteur peut être utilisé à partir des canalisations 56, 57, dans une installation de chauffage de toute nature connue en soi. Les déchets solides non combustibles sont recueillis à l'aide de la vis d'extraction 71, montée à l'intérieur d'un canal 72 aménagé dans le fond du foyer 29 dans le prolongement de la goulotte 70 du four. Il est à noter que la vis d'extraction 71 est également montée dans la base du cyclone HI pour récupérer les déchets solides. L'installation selon l'invention permet une combustion complète des déchets tout en assurant la récupération de l'énergie produite lors de la postcombustion des fumées. L'échangeur de chaleur 40 proposé permet d'obtenir un bon rendement de transformation de l'énergie utilisée. Pour améliorer le rendement de l'installation, il est à noter que le brûleur 8 peut être coupé temporairement tout en assurant une complète combustion des déchets et une postcombustion des fumées. Il est à noter que dans le cas de déchets de nature combustible, le brûleur 8 peut fonctionner uniquement lors de la mise en marche du four pour permettre d'enflammer les déchets. En effet, le brûleur ne s'avère pas nécessaire car la combustion s'effectue dans une ambiante chaude n'imposant pas un apport supplémentaire d'énergie. Il doit être compris que le brûleur 8 est mis en fonctionnement uniquement pour placer et maintenir le foyer à une température chaude assurant la combustion des déchets. Lors de l'arrêt du brûleur 8, le tube de sortie 9 du brûleur est retiré du foyer et l'orifice 10 est fermé par le volet d'obturation 12. Par ailleurs, il est à noter que la chambre de postcombustion 29 peut être équipée d'un brûleur non représenté, destiné à être monté sur un conduit 74 permettant de faire fonctionner la chaudière de chauffage en l'absence de fonctionnement du four I. Dans ce cas, le conduit 74 est obturé par une trappe non représentée. Il est à noter que les calories récupérées peuvent être utilisées pour également assurer un séchage préalable des déchets avant leur introduction dans le four I. Bien entendu, il peut être envisagé d'assurer un séchage préalable des déchets par tout autre moyen adapté. 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 par combustion de déchets (1) et de récupération de chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste: - à créer un foyer de combustion (2) dans un four (I), - à déverser les déchets en continu et de façon dispersée à l'intérieur du foyer de combustion (2) dans lequel est amené un premier comburant, de manière à brûler les déchets et à obtenir des fumées de combustion (f), - à canaliser les fumées de combustion (f) dans une chambre de postcombustion (29) dans laquelle est amené un second comburant, - à assurer l'inflammation des fumées (f) pour assurer la combustion des fumées et l'obtention de gaz et fumées (F), - et à faire circuler les gaz et fumées (F) dans un échangeur de chaleur (40) dont le foyer est constitué par la chambre de postcombustion (29). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'inflammation des fumées (f) par l'amenée d'un second comburant chaud. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à assurer l'amenée du premier comburant, d'une part, en combinaison avec l'amenée des déchets et, d'autre part, par l'intermédiaire d'une grille de répartition des déchets à l'intérieur du foyer de combustion. 4 - Installation de traitement par combustion de déchets et de récupération de chaleur, caractérisée en ce qu'elle comporte: - un four de combustion (I) comprenant: 25. un foyer de combustion (2) pourvu d'un orifice de déversement (4) des déchets amenés par des moyens d'approvisionnement (5), un brûleur (8) associé au foyer de combustion, un système (16) de dispersion des déchets à l'intérieur du foyer de combustion, 30. des moyens (21) de fourniture d'un premier comburant pour permettre la combustion des déchets et l'obtention de fumées de combustion (f), un système (28) de canalisation des fumées de combustion, - une chaudière de chauffage (Il) comportant: une chambre de postcombustion (29) dans laquelle débouche le système (28) de canalisation des fumées et des moyens (32) de fourniture d'un second comburant pour assurer la combustion des fumées dans la chambre de postcombustion, en vue d'obtenir des gaz et fumées (F), et un échangeur de chaleur (40) entre un circuit (52) de circulation d'un fluide caloporteur et un circuit (59) de circulation des gaz et fumées issus de la chambre de postcombustion. - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le système de dispersion (16) des déchets est constitué par une grille interposée entre l'orifice de déversement et le brûleur, la grille étant réalisée à partir de tubes (17) constituant un moyen de fourniture du premier comburant. 6 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens (5) d'approvisionnement en déchets sont associés à un moyen de fourniture d'un premier comburant. 7 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de fourniture d'un second comburant sont constitués par au moins une canne (171) reliée à un circuit de fourniture du second comburant et s'étendant à l'intérieur du foyer de combustion (2) pour déboucher dans le système (28) de canalisation des fumées de combustion. 8 - Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le système de canalisation des fumées de combustion (28) est constitué par un canal (30) s'évasant à l'intérieur du foyer de combustion (2) et débouchant dans la chambre de postcombustion (29), la sortie de la canne (171) de fourniture du second comburant s'établissant à l'entrée du canal (30). 9 - Installation selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (71) d'extraction des déchets solides non combustibles placés dans le fond du foyer de combustion (2) et de la chambre de postcombustion (29). - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (40) comporte: - une virole (45) raccordée d'un côté sur une chambre de mélange (46) et de l'autre côté, sur une coiffe (43) délimitant une capacité lamellaire (L) avec une enveloppe (44) qui constitue en partie, la chambre de postcombustion (29), - et des tubes échangeurs (47) traversant la chambre de mélange (46) et la virole (45), en vue d'être fixés sur l'enveloppe pour constituer intérieurement un circuit (59) de circulation des gaz et fumées issus de la chambre de postcombustion et par leurs parois, des capacités d'échange avec un circuit (52) de circulation d'un fluide caloporteur destiné à être contenu à l'intérieur de la chambre de mélange, de la virole et de la capacité lamellaire. 11 - Installation selon la revendication 4 ou 10, caractérisée en ce que la chambre de postcombustion (29) est équipée d'un brûleur auxiliaire. 12 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le foyer de combustion (2) est pourvu d'un volet (12) d'obturation de l'orifice de passage du brûleur (8). 13 - Installation selon l'une des revendications 4 et 10, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (40) est raccordé à une unité (HI) de traitement des gaz et fumées. 14 - Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens (5) d'approvisionnement en déchets sont équipés en amont, d'une unité de broyage, afin d'obtenir des déchets sous forme de particules. - Installation selon la revendication 4 ou 14, caractérisée en ce que les moyens (5) d'approvisionnement en déchets sont équipés d'un poste de séchage des déchets.