Brevet FR2760524A1 — publié le 19980911

La présente invention a pour objet un four tournant, étanche à l'air et fonctionnant en dépression, par exemple sous une pression absolue de 700 millibars, qui est destiné au séchage ou au traitement thermique, à une température comprise entre 100 C et 1100 OC, de produits organiques tels que les déchets domestiques ou industriels. Tous les types de fours tournants, étanches à l'air et travaillant en dépression qui existent à ce jour, qu'ils soient destinés au séchage ou à des traitements thermiques à réaliser en l'absence d'oxygène, sont conçus selon le même principe. Les principaux éléments constitutifs de tels fours tournants sont - Un four proprement dit, de forme générale cylindrique et d'axe horizontal, monté en rotation autour de cet axe sur des galets supports, des moyens étant prévus pour l'entraînement en rotation de cette partie tournante. - Une partie fixe, en tête du four, ayant pour fonction l'introduction des produits à traiter dans la partie tournante ; cet élément comporte un système d'étanchéité interdisant l'entrée d'air dans le four pendant l'admission des produits à traiter. - Une étanchéité à l'air entre la partie tournante du four et la partie fixe constituant le dispositif d'introduction des produits à traiter. - Des moyens de compensation de la dilatation linéaire de la partie tournante cylindrique du four. - Une autre partie fixe, en sortie de four, ayant pour fonction l'extraction des produits traités, cet élément étant similaire à la partie fixe d'alimentation. - Une étanchéité à l'air entre la partie tournante du four et la partie fixe formant le dispositif d'extraction des produits traités. - Des moyens d'extraction de la vapeur ou des gaz issus du traitement. Dans les réalisations existantes, les systèmes d'étanchéité pour l'introduction des produits à traiter ou l'extraction des produits traités sont, dans tous les cas, des systèmes dits "à tiroirs", qui sont réalisés et fonctionnent sur le principe suivant : après introduction d'une quantité de produits à traiter dans un volume clos, tel qu'une trémie de chargement, une trappe vient obturer l'orifice d'entrée du produit ; puis une autre trappe s'ouvre et permet alors au produit, par gravité et/ou md par un dispositif tel que poussoir actionné par vérin ou autre, d'entrer à l'intérieur de la partie tournante du four. Il est à noter que, dans ce type de système d'introduction, un "balayage" au gaz neutre est toujours nécessaire pour garantir la non-introduction d'air dans le four. Pour réaliser l'étanchéité à l'air entre la partie fixe d'alimentation et la partie tournante du four, on prévoit actuellement un joint dans lequel l'étanchéité est assurée par le contact d'une surface tournante sur une surface fixe, laquelle appartient à une pièce d'usure. I1 existe deux grandes familles de ce type de joint Dans la première famille, les surfaces en contact réalisant l'étanchéité sont perpendiculaires à l'axe longitudinal du four. Dans cette configuration, la pièce d'usure est un joint annulaire rigide, en général un joint en carbone, maintenu en contact avec une pièce annulaire tournante, solidaire de la partie tournante du four, par des moyens à ressort. Ce genre de dispositif est difficilement réalisable, car il demande des alignements très précis, et seul un "balayage" au gaz neutre peut ici garantir une absence d'air à l'intérieur du four. Dans la seconde famille, les surfaces en contact réalisant l'étanchéité sont parallèles à l'axe longitudinal du four. Dans cette configuration, la pièce d'usure est souple, et se présente notamment sous la forme de tresses denses d'amiante ou similaire. Ce joint est comprimé en permanence par des moyens à vis et à ressort, ou est inséré dans des chicanes. L'étanchéité de ce genre de joint est aléatoire : dans ce cas également, seul un "balayage" au gaz neutre peut garantir une absence d'air à l'intérieur du four. Les moyens de compensation de la dilatation linéaire du four sont nécessaires car, pendant le temps de chauffe, les fours du genre ici concerné peuvent se dilater de plusieurs centimètres. Les soufflets ou similaires, tels que ceux associés au joint en carbone précité réalisant l'étanchéité à l'air, ne peuvent en aucun cas absorber les variations dimensionnelles résultant de la dilatation. La seule solution efficace consiste à faire glisser les deux "parties fixes", situées en tête et en bout de four, sur des patins, en même temps que le four s'allonge dans la direction de son axe longitudinal. Ce système reste imparfait, puisque la liaison entre la partie tournante du four et "les parties fixes", liaison qui transmet la dilatation, ne peut se faire sans aucun jeu. Ainsi, les fours tournants actuels souffrent encore de divers inconvénients, et posent en particulier des problèmes en ce qui concerne - l'introduction dans le four des produits à traiter, ainsi que l'extraction des produits traités, pour lesquelles il faut éviter l'admission simultanée d'air qui est très préjudiciable aux traitements envisagés - l'étanchéité à l'air entre les parties fixes et la partie tournante du four ; - la compensation de la dilatation longitudinale du four. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant un four doté de systèmes d'introduction des produits à traiter et d'extraction des produits traités qui résolvent les problèmes précédemment évoqués d'entrée d'air dans le four, d'étanchéité à l'air et de dilatation, tout en assurent l'extraction de la vapeur d'eau ou des gaz issus du traitement. A cet effet, l'invention a pour objet un four tournant étanche à l'air et fonctionnant en dépression, destiné au séchage et au traitement thermique de produits organiques, du genre comprenant - une partie tournante, avec une cuve ou un tonneau d'axe horizontal délimitant une enceinte de traitement, des moyens étant prévus pour l'entraînement en rotation de cette partie tournante autour de son axe horizontal, - une partie fixe, en tête de four, pour l'introduction des produits à traiter dans la partie tournante, - une autre partie fixe, en sortie de four, pour l'extraction des produits traités ainsi que de la vapeur ou des gaz issus du traitement, - des moyens assurant l'étanchéité à l'air entre la partie tournante du four et les deux parties fixes, et - des moyens de compensation de la dilatation de la partie tournante dans la direction de son axe horizontal, ce four tournant étant caractérisé essentiellement en ce que la partie fixe située en tête de four comprend, pour l'introduction des produits à traiter, une vis transporteuse coaxiale à la partie tournante et montée tournante dans un corps tubulaire fixe se raccordant à l'entrée de la cuve de la partie tournante, la vis laissant libre devant elle un volume cylindrique communiquant avec l'enceinte de traitement, ce volume étant prévu pour la formation d'un bouchon étanche de produits à traiter, continuellement comprimé et renouvelé, tandis que l'autre partie fixe, située en sortie de four, comprend pour l'extraction des produits traités une autre vis transporteuse coaxiale à la partie tournante et montée tournante dans un corps tubulaire se prolongeant à l'intérieur de l'enceinte de traitement, la vis d'extraction laissant aussi libre devant elle, à l'intérieur de son corps tubulaire, un volume prévu pour la formation d'un bouchon étanche de produits traités, continuellement comprimé et renouvelé. Ainsi, aussi bien du côté de l'introduction des produits à traiter que du côté de la sortie des produits traités, l'invention solutionne efficacement les problèmes d'entrée d'air, et d'étanchéité à l'air entre les parties fixes et la partie tournante du four, par un principe de bouchon résultant de la disposition et de l'action d'une vis transporteuse. Selon un mode de réalisation de l'invention, la partie fixe située en tête de four comprend une trémie fixe dont la base est solidaire du corps tubulaire fixe de la vis transporteuse, le corps tubulaire se raccordant à un tube d'entrée solidaire d'une extrémité de la cuve de la partie tournante, et la vis transporteuse pénétrant partiellement dans le tube, le volume cylindrique laissé libre devant la vis pour la formation du bouchon étanche de produits à traiter étant ainsi situé à l'intérieur dudit tube. Selon une caractéristique complémentaire, le corps tubulaire de la vis transporteuse et le tube d'entrée de la partie tournante présentent, dans leur zone de raccordement, des usinages complémentaires permettant un emboîtement libre et un débattement longitudinal des deux tubes. Cet agencement résoud les problèmes inhérents à la dilatation longitudinale du four tournant. Dans un mode de réalisation avantageux de ce four tournant, il est prévu, pour l'extraction des produits traités, une trémie située à l'intérieur de l'enceinte de traitement de la partie tournante, et ayant sa base solidaire du corps tubulaire de la vis transporteuse d'extraction, l'ensemble formé par la trémie et par ledit corps tubulaire étant solidaire de la partie tournante, ce corps tubulaire débouchant dans une trémie de récupération des produits traités. A chaque rotation, la trémie située à l'intérieur de la partie tournante récupère une part de produit traité, qui est ensuite extraite par la vis transporteuse. De préférence, le corps tubulaire de la vis transporteuse d'extraction présente vers son extrémité située du côté de la trémie de récupération des produits traités, donc dans la région de formation du bouchon étanche de produits traités, une partie tronconique allant en se rétrécissant en direction de ladite trémie. Cette conformation tronconique convergente contribue à compacter les produits traités, notamment lorsque ceux-ci sont sous forme de poudre telle que de la poudre carbonée, afin d'obtenir une meilleure étanchéité. De préférence, la vis transporteuse d'extraction possède un arbre tubulaire qui se prolonge au-delà de la trémie de récupération des produits traités, et qui sert de conduit d'extraction de la vapeur ou des gaz issus du traitement, ce qui résoud le problème de l'extraction de cette vapeur ou de ces gaz. Selon une disposition complémentaire, une autre vis transporteuse est montée tournante à l'intérieur de l'arbre tubulaire de la vis d'extraction, ces deux vis étant entraînées en sens opposés, et ledit arbre tubulaire se prolonge à l'intérieur de l'enceinte de traitement, de même que la dernière vis transporteuse. Cette vis assure ainsi un nettoyage permanent du conduit d'extraction de la vapeur ou du gaz et de l'orifice d'entrée de ce conduit. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de ce four tournant étanche pour le séchage en le traitement thermique de produits organiques Figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe longitudinale , d'un four tournant conforme à la présente invention Figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale, à échelle agrandie, du système d'introduction des produits à traiter dans le four tournant Figure 3 représente, à échelle encore plus grande, le détail A du système d'introduction Figure 4 est une vue en coupe longitudinale, à échelle agrandie, du système d'extraction des produits traités Figure 5 est une vue en coupe transversale de la partie tournante du four et d'une partie du système d'extraction, suivant V-V de figure 4 Figure 6 est une vue en coupe transversale du système d'extraction, suivant VI-VI de figure 4. Le four tournant représenté dans son ensemble à la figure 1, se compose principalement d'une partie fixe de tête 1, d'une partie tournante 2 et d'une partie fixe de sortie 3, qui se succèdent dans la direction longitudinale du four. La partie tournante 2 se présente comme une cuve ou un tonneau 4, de forme générale cylindrique et d'axe horizontal 5, qui délimite une enceinte de traitement 6. Aux deux extrémités de la cuve 4 sont montées des bandes de roulement annulaires, respectivement 7 et 8, reliées à la cuve 4 par des ensembles de biellettes 9 réparties périphériquement, qui permettent la compensation de la dilatation de cette cuve 4 dans la direction radiale ; les bandes de roulement 8 et 9 reposent et roulent sur des galets-supports 10 - voir aussi les figures 4 et 5. Du côté de la partie fixe de tête 1, la cuve 4 est prolongée par un tube 11, solidaire de l'extrémité de cette cuve 4 et disposé suivant son axe horizontal 5. le tube 11 porte extérieurement une couronne dentée d'entraînement 12, sur laquelle passe une chaîne ou une courroie crantée 13 de transmission, pour l'entraînement en rotation de la partie tournante 2 autour de l'axe horizontal 5, à partir d'un moteur non représenté - voir les figures 1 et 2. La partie fixe de tête 1 comprend une trémie 14 dont la base est solidaire d'un tube horizontal 15, l'axe du tube 15 étant confondu avec l'axe horizontal 5 de la partie tournante 2. La trémie 14 et le tube 15 sont fixes. En bout du tube 15, du côté dirigé vers la partie tournante 2, est formé un usinage annulaire 16 destiné à réaliser un emboîtement libre avec l'extrémité, usinée complémentairement comme indiqué en 17, du tube 11 solidaire de la cuve 4 - voir la figure 3. Les usinages 16 et 17 permettent un débattement longitudinal entre le deux tubes 11 et 15. Une vis transporteuse 18 est montée tournante à l'intérieur du tube 15 de la partie fixe de tête 1. La vis 18 pénètre sur une certaine longueur dans le tube 11 de la partie tournante 2, en laissant libre à l'intérieur de ce tube 11 un volume cylindrique 19, communiquant avec l'enceinte de traitement 6. Du côté opposé à la partie tournante 2, l'arbre 20 de la vis 18 dépasse à l'extérieur du tube 15, et est accouplé à des moyens d'entraînement en rotation, non représentés. Les produits à traiter sont introduits dans la trémie 14, au sommet de laquelle ils parviennent par un dispositif d'alimentation 21 qui comprend ici une autre vis transporteuse 22, mais qui pourrait aussi être d'une structure différente, le dispositif d'alimentation 21 pouvant aussi servir de sécheur. Les produits qui tombent au fond de la trémie 14 sont transportés en avant, par la vis 18, d'abord dans le tube fixe 15 puis jusque dans le tube tournant 11. Ces produits remplissent ainsi le volume 19, puis ils se tassent dans le volume 19, sous les poussées conjuguées de la vis 18 et des produits entrants. Ainsi il se forme, dans le volume 19, un bouchon étanche de produits, continuellement comprimé et renouvelé. De ce fait, aucune entrée d'air n'est possible dans l'enceinte de traitement 6 de la partie tournante 2 du four. La dilatation longitudinale de la partie tournante 2 du four est absorbée au niveau de l'emboîtement libre entre le tube fixe 15 et le tube tournant 11 (voir détail A selon la figure 3). Le volume 19 est réduit dans sa longueur au fur et à mesure de la dilatation de la partie tournante 2, car la vis transporteuse 18, qui reste liée longitudinalement à la partie fixe 1, pénètre alors plus profondément dans le tube tournant 11. Le système d'extraction des produits traités, correspondant pour l'essentiel à la partie fixe de sortie 3, est plus particulièrement visible aux figures 4 à 6. Ce système comprend une trémie 23 dont la base est solidaire d'un tube horizontal 24, l'axe du tube 24 étant confondu avec l'axe horizontal 5 de la partie tournante 2 du four. L'ensemble formé par la trémie 23 et par le tube 24 est solidaire de la partie tournante 2 du four, la trémie 23 étant logée à l'intérieur de l'enceinte de traitement 6, à l'extrémité de sortie de la cuve 4, tandis que le tube 24 traverse cette extrémité et se prolonge vers l'extérieur. Vers son extrémité extérieure, le tube 24 possède une partie tronconique 24a et il débouche dans la partie supérieure d'une trémie 25 de récupération des produits traités. Une vis transporteuse 26 est montée tournante à l'intérieur du tube 24. La vis 26 possède un arbre horizontal tubulaire 27, qui traverse de part en part la trémie 25 et se prolonge à l'extérieur. Cette vis 26 est interrompue en un point intermédiaire du tube 24, laissant libre à l'avant de ce tube 24 un volume 28. L'arbre tubulaire 27 porte, extérieurement, une couronne dentée d'entraînement 29, sur laquelle passe une chaîne ou courroie crantée 30 de transmission, permettant l'entraînement en rotation de la vis transporteuse 26 autour de l'axe 5, à partir d'un moteur non représenté. A l'intérieur de l'arbre tubulaire 27 de la vis transporteuse 26 est montée tournante une autre vis transporteuse 31, dont l'arbre 32 est accouplé à des moyens d'entraînement en rotation, non représentés. Au-delà de la trémie 25, l'arbre tubulaire 27 de la vis transporteuse 26 traverse une double enveloppe à circulation d'eau 33, et il débouche finalement dans une trémie 34 de récupération des goudrons, pourvue d'une sortie de gaz 35. A la base de la trémie 25 de récupération des produits traités, est prévue une dernière vis transporteuse 36 d'axe horizontal, orientée transversalement et bien visible sur la figure 6. La vis transporteuse 36, accouplée à des moyens d'entraînement en rotation non représentés, traverse une double enveloppe à circulation d'eau 37, et elle débouche dans une dernière trémie 38 qui surmonte un transporteur 39 d'évacuation des produits traités, qui est par exemple un tapis sans fin. Le fonctionnement du système d'extraction des produits traités s'établit comme suit La trémie 23, solidaire de la partie tournante 2 du four, récupère à chaque rotation la part de produits traités arrivant vers l'extrémité de la cuve 4, par l'effet de la gravité et par la poussée des nouveaux produits admis dans l'enceinte 6. Lorsque la trémie 23 arrive dans une position angulaire favorable, les produits récupérés glissent vers le tube 24 et la vis transporteuse 26, laquelle amène ces produits dans le volume libre 28 aménagé dans le tube 24. Sous les poussées conjuguées de la vis 26 et des produits entrants, les produits traités se tassent dans le volume 28 et il se forme ainsi, dans le volume 28, un bouchon étanche continuellement comprimé et renouvelé. Les produits arrivant dans ce volume 28 poussent plus en avant, dans la trémie 25, les produits parvenus à l'extrémité antérieure du tube 24 et devant être extraits. I1 est à noter que l'étanchéité, résultant du bouchon précité, se fait aussi bien sur la paroi intérieure du tube 24 que sur la paroi extérieure de l'arbre tubulaire 27, qui sont coaxiaux et qui sont entraînés en rotation en sens inverse l'un par rapport à 1 'autre. La partie terminale tronconique 24a du tube 24, qui va en se rétrécissant, sert à tasser plus fortement les produits traités, notamment lorsque ceux-ci sont sous forme de poudre, afin d'obtenir une meilleure étanchéité du côté de la sortie. Les produits traités, tombant dans la trémie 25, sont repris par la dernière vis transporteuse 36, qui leur fait traverser la double enveloppe à circulation d'eau 37, où ces produits sont refroidis. Enfin, les produits traités refroidis tombent dans la dernière trémie 38, et ils sont évacués par le transporteur 39. L'arbre tubulaire 27 de la vis transporteuse 26, dans lequel est logée l'autre vis transporteuse 31, sert de conduit d'extraction des gaz. Les gaz extraits de l'enceinte 6 sont refroidis lors de leur traversée de la double enveloppe à circulation d'eau 33, et ces gaz refroidis sont dirigés au travers de la sortie 35 vers un laveur, tandis que la trémie 34 assure la récupération des goudrons. Enfin, il est à noter que la spire d'extrémité 40 de la vis transporteuse 31 située à l'intérieur de la partie tournante 2 du four assure, par sa rotation continue, un nettoyage permanent de l'orifice d'entrée de l'arbre tubulaire 27, et un retour dans l'enceinte de traitement 6 du four des produits en cours de traitement qui se seraient insérés dans cet orifice. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce four tournant étanche pour le séchage ou le traitement thermique de produits organiques qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, quelles que soient notamment leurs dispositions constructives de détail. REVENDICATION8 1 - Four tournant étanche à l'air et fonctionnant en dépression, destiné au séchage et au traitement thermique de produits organiques, du genre comprenant - une partie tournante (2), avec une cuve ou un tonneau (4) d'axe horizontal (5) délimitant une enceinte de traitement (6), des moyens (12,13) étant prévus pour l'entraînement en rotation de cette partie tournante (2) autour de son axe horizontal (5), - une partie fixe (1), en tête de four, pour l'introduction des produits à traiter dans la partie tournante (2), - une autre partie fixe (3), en sortie de four, pour l'extraction des produits traités ainsi que de la vapeur ou des gaz issus du traitement, - des moyens assurant l'étanchéité à l'air entre la partie tournante (2) du four et les deux parties fixes (1,3), et - des moyens de compensation de la dilatation de la partie tournante (2) dans la direction de son axe horizontal (5), caractérisé en ce que la partie fixe (1) située en tête de four comprend, pour l'introduction des produits à traiter, une vis transporteuse (18) coaxiale à la partie tournante (2) et montée tournante dans un corps tubulaire fixe (15) se raccordant à l'entrée (11) de la cuve (4) de la partie tournante (2), la vis (18) laissant libre devant elle un volume cylindrique (19) communiquant avec l'enceinte de traitement (6), ce volume (19) étant prévu pour la formation d'un bouchon étanche de produits à traiter, continuellement comprimé et renouvelé, tandis que l'autre partie fixe (3), située en sortie de four, comprend pour l'extraction des produits traités une autre vis transporteuse (26) coaxiale à la partie tournante (2) et montée tournante dans un corps tubulaire (24) se prolongeant à l'intérieur de l'enceinte de traitement (6), la vis d'extraction (26) laissant aussi libre devant elle, à l'intérieur de son corps tubulaire (24), un volume (28) prévu pour la formation d'un bouchon étanche de produits traités, continuellement comprimé et renouvelé. 2 - Four tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie fixe (1) située en tête de four comprend une trémie fixe (14) dont la base est solidaire du corps tubulaire fixe (15) de la vis transporteuse (18), le corps tubulaire (15) se raccordant à un tube d'entrée (11) solidaire d'une extrémité de la cuve (4) de la partie tournante (2), et la vis transporteuse (18) pénétrant partiellement dans le tube (11), le volume cylindrique (19) laissé libre devant la vis (18) pour la formation du bouchon étanche de produits à traiter étant ainsi situé à l'intérieur dudit tube (11). 3 - Four tournant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps tubulaire (15) de la vis transporteuse (18) et le tube d'entrée (11) de la partie tournante (2) présentent, dans leur zone de raccordement, des usinages complémentaires (16,17) permettant un emboîtement et un débattement longitudinal des deux tubes (11,15). 4 - Four tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'est prévue, pour l'extraction des produits traités, une trémie (23) située à l'intérieur de l'enceinte de traitement (6) de la partie tournante (2), et ayant sa base solidaire du corps tubulaire (24) de la vis transporteuse d'extraction (26), l'ensemble formé par la trémie (23) et par ledit corps tubulaire (24) étant solidaire de la partie tournante (2), ce corps tubulaire (24) débouchant dans une trémie (25) de récupération des produits traités. 5 - Four tournant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps tubulaire (24) de la vis transporteuse d'extraction (26) présente vers son extrémité située du côté de la trémie (25) de récupération des produits traités, donc dans la région de formation du bouchon étanche de produits traités, une partie tronconique (24b) allant en se rétrécissant en direction de ladite trémie (25). 6 - Four tournant selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la vis transporteuse d'extraction (26) possède un arbre tubulaire (27) qui se prolonge au-delà de la trémie (25) de récupération des produits traités, et qui sert de conduit d'extraction de la vapeur ou des gaz issus du traitement. 7 - Four tournant selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une autre vis transporteuse (31) est montée tournante à l'intérieur de l'arbre tubulaire (27) de la vis transporteuse d'extraction (26), ces deux vis (26,31) étant entraînés en sens opposés, et en ce que ledit arbre tubulaire (27) se prolonge à l'intérieur de l'enceinte de traitement (6), de même que la dernière vis transporteuse (31).