Brevet FR2778734A1 — publié le 19991119

La présente invention a pour objet un four de type tournant, dans lequel sont maintenues des conditions de température et de pression permettant la destruction de déchets domestiques et industriels, en particulier d'ordures ménagères et de déchets plastiques, et plus généralement de produits organiques, par le procédé connu sous le nom de "thermolyse". Pour réaliser un tel traitement, ce four tournant fonctionne, en particulier, à une température de l'ordre de 450 C, et en dépression, sous une pression absolue d'environ 20 millibars, et il nécessite ainsi une étanchéité vis-à-vis de l'extérieur. D'une manière généralement connue, un tel four tournant comprend - le four tournant proprement dit, avec sa cuve de traitement de forme générale cylindrique et d'axe horizontal, montée rotative autour de son axe horizontal sur des galets-supports, des moyens motorisés étant prévus pour l'entraînement en rotation de cette partie tournante, autour de son axe horizontal; - en tête du four, un système de remplissage ayant pour fonction l'introduction des produits à traiter dans la cuve précitée, ce système devant comporter des moyens d'étanchéité, interdisant l'entrée d'air extérieur dans la cuve, pendant le traitement et lors de l'admission dans celle-ci des produits à traiter; - en sortie de four, un système d'extraction des produits traités solides, ainsi que de la vapeur et/ou des gaz issus du traitement, également avec des moyens d'étanchéité à l'air; - des moyens de compensation de la dilatation longitudinale et/ou radiale de la cuve de traitement; - des moyens de chauffage de l'enceinte de traitement, délimitée par les parois de la cuve, cette enceinte étant maintenue en dépression. A ce jour, les systèmes de remplissage des fours tournants de ce genre, qu'ils soient de type continu ou discontinu, posent encore des problèmes sérieux d'étanchéité notamment pour les fours à alimentation continue, et des problèmes de temps de cycle et d'énergie pour les fours à alimentation en discontinu. Or il est important de s'assurer de la non- présence d'oxygène à l'intérieur du four tournant; en effet, de cette absence d'oxygène, donc d'une bonne étanchéité, dépend la qualité du phénomène de thermolyse ayant lieu à l'intérieur du four, que ce soit dans les systèmes à alimentation continue ou à alimentation discontinue. En particulier, dans le cas d'un four tournant permettant le fonctionnement en continu, cas auquel se rattache la présente invention, l'alimentation du four en produit à traiter se trouve confrontée aux problèmes d'étanchéité évoqués précédemment, qui se posent alors de la façon suivante: I'alimentation se faisant par l'intermédiaire d'une trémie de chargement, dont la base est prolongée par un tube d'alimentation fixe, il convient de réaliser une étanchéité vis-à-vis de la partie tournante du four, notamment vis-à-vis d'un tube ou manchon d'entrée, solidaire de la paroi frontale arrière de la cuve de traitement et tournant avec cette dernière (le mot "arrière" désignant, ici et dans toute la suite, le côté de I'entrée du four, et par conséquent le mot "avant" désignera le côté de la sortie du four). En cet endroit, l'étanchéité est réalisée par l'intermédiaire d'un joint annulaire tournant, constitué d'une partie fixe montée sur le tube d'alimentation fixe, précité, et d'une partie mobile fixée sur le tube ou manchon d'entrée de la cuve. Il peut s'agir d'un joint tournant classique, ou d'un joint spécial avec un "balayage" au gaz neutre, tel que de l'azote. La mise en place de tels moyens d'étanchéité reste très délicate, de même que leur maintenance, en particulier pour les joints avec "balayage" au gaz neutre. De plus, I'efficacité de ces joints est rendue très aléatoire par les dilatations verticales et longitudinales. La présente invention vise, essentiellement, à améliorer l'étanchéité du côté de l'entrée des produits à traiter dans le four tournant, tout en réduisant les opérations de maintenance. A cet effet, I'invention a pour objet un four tournant pour le traitement par thermolyse de déchets domestiques et industriels, du genre mentionné en introduction, dans lequel le système de remplissage, situé en tête de four, comprend en combinaison: - une trémie de chargement, dont la base communique avec un tube fixe, d'axe horizontal coïncidant avec l'axe de rotation de la cuve de traitement, - un manchon et/ou un tube tournant, situé(s) dans le prolongement du tube fixe et solidaire(s) de la cuve de traitement, avec raccordement à une ouverture d'entrée circulaire centrale, ménagée dans la paroi frontale arrière de la cuve de traitement, - un piston de remplissage, monté coulissant dans le tube fixe, suivant son axe horizontal, entre une position reculée située en retrait de la communication entre la trémie de chargement et ce tube fixe, et une position avancée en direction de la cuve de traitement, mais laissant subsister en avant du piston un espace pour la formation d'un "bouchon" de matière, des moyens d'actionnement étant prévus pour le déplacement du piston de remplissage vers l'avant et vers l'arrière, entre ses deux positions extrêmes. Ainsi, le système de remplissage du four tournant, objet de l'invention, se caractérise principalement par un piston de remplissage, pouvant être actionné au moyen d'un vérin à double effet situé en arrière de ce piston. Le déplacement du piston de remplissage permet de créer, en avant de ce piston, un "bouchon" formé avec les matières à traiter dans le four, la longueur de ce "bouchon" étant variable selon le pouvoir de cohésion des déchets à traiter. Le "bouchon" est poussé dans la cuve de traitement du four tournant, et renouvelé par l'arrivée et la poussée en avant de nouvelles matières, au fur et à mesure de l'alimentation du four qui se fait en continu (toutefois avec un déplacement alternatif du piston de remplissage). Ce "bouchon", formé par des déchets d'une granulométrie se situant par exemple entre 2 et 5 centimètres, permet d'obtenir une étanchéité bien supérieure aux joints tournants classiques, et ne demande pratiquement aucun entretien; la maintenance se trouve réduite au remplacement occasionnel du piston de remplissage, monté en bout de vérin, qui sert à la poussée des produits en direction de la cuve de traitement du four tournant. De préférence, dans sa position avancée, le piston de remplissage pénètre, au moins partiellement, dans le manchon et/ou le tube tournant, solidaire(s) de la cuve de traitement. Ainsi, le "bouchon" se forme dans la partie tournante uniquement, et il est évité que ce "bouchon" soit présent au niveau du joint entre le tube fixe et la partie tournante, ce qui entraînerait une coupure dudit "bouchon" et un dégagement de matière abrasive au niveau de ce joint. Selon un autre aspect de l'invention, le système d'extraction des produits traités, situé en sortie de four, comprend en combinaison: - à l'intérieur de la cuve de traitement, des moyens de récupération des produits traités solides, notamment des produits carbonés, -un tube tournant d'axe horizontal coïncidant avec l'axe de rotation de la cuve de traitement, et solidaire de cette cuve, avec raccordement à une ouverture de sortie circulaire centrale, ménagée dans la paroi avant de la cuve de traitement, - une trémie de réception, dans laquelle aboutit le tube tournant précité, une boîte à joints à poudre, telle que poudre d'alumine, étant prévue pour assurer l'étanchéité autour dudit tube tournant, à l'intérieur de la trémie de réception, - une vis transporteuse, disposée à l'intérieur du tube tournant précité, les spires hélicoïdales de la vis transporteuse étant portées par un arbre centré sur l'axe de rotation de la cuve de traitement et lié à des moyens motorisés d'entraînement en rotation, et ces spires s'interrompant, à l'avant, sensiblement au niveau de la sortie de la boîte à joints. Dans une forme de réalisation avantageuse, la vis transporteuse du système d'extraction possède un arbre central tubulaire, qui est prolongé vers l'arrière à l'intérieur de la cuve de traitement, et qui s'étend vers l'avant en traversant de part en part la trémie de réception, et en aboutissant à un condenseur, de manière à assurer aussi l'extraction de la vapeur ou des gaz issus du traitement. Selon une disposition complémentaire, il est prévu à la base de la trémie de réception une autre vis transporteuse, qui aboutit à un orifice de sortie des produits carbonés, cette vis transporteuse décrivant un trajet ascendant et ses spires hélicoïdales s'interrompant en amont de l'orifice de sortie, de manière à créer et maintenir un "bouchon" de matière. Grâce aux diverses dispositions précédemment définies, l'étanchéité est aussi assurée efficacement du côté de la sortie du four tournant. En particulier, I'utilisation d'une boîte à joints, avec poudre d'alumine, réalise un moyen d'étanchéité efficace, qui peut absorber les dilatations et est particulièrement résistant aux températures élevées, de l'ordre de 500 C, pouvant être ici atteintes, et qui ne subit pas de durcissement ni de prise à froid. On obtient ainsi, dans l'ensemble, un four tournant pour le traitement par thermolyse de déchets domestiques et industriels qui assure une parfaite étanchéité, du côté de l'entrée comme de la sortie, par des moyens possédant une grande longévité et ne nécessitant qu'un entretien minime, de sorte que l'invention fournit une réalisation véritablement industrielle, à fiabilité et rendement optimisés. L'invention sera de toute façon mieux comprise, et d'autres caractéristiques seront mises en évidence, 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 pour le traitement de déchets domestiques et industriels: Figure 1 est une vue d'ensemble, ou coupe longitudinale, d'un four tournant conforme à la présente invention; Figure 2 est une vue en coupe transversale de ce four tournant, suivant 11-Il de figure 1; Figure 3 représente, à échelle agrandie, le détail du système d'extraction des produits traités. Le four tournant, représenté dans son ensemble à la figure 1, se compose principalement d'un système de remplissage 1, du four tournant 2 proprement dit, et d'un système d'extraction 3, qui se succèdent dans la direction longitudinale du four. Le four tournant 2, qui constitue la partie principale de I'ensemble, comprend une cuve de traitement 4, de forme générale cylindrique et d'axe horizontal 5, dont les parois étanches, comprenant une paroi latérale cylindrique 4a et deux parois frontales circulaires 4b et 4c, délimitent une enceinte de traitement 6. Vers ses deux extrémités, la cuve 4 est pourvue extérieurement de bandes de roulement annulaires, respectivement 7 et 8. Comme le montre aussi la figure 2, chaque bande de roulement 7 ou 8 repose et roule sur une paire de galets-supports motorisés, respectivement 9 et 10, permettant la mise en rotation de la cuve 4 autour de son axe horizontal 5. Les galets motorisés 9 ou 10 de chaque paire sont eux-mêmes montés sur des chariots 11, déplaçables horizontalement et symétriquement sur une glissière transversale 12, notamment par l'intermédiaire de deux vis à billes 13 motorisées, accouplées entre elles par un arbre 14. Ces dispositions permettent, outre la rotation de la cuve 4, le centrage automatique de celle-ci par rapport à une position de référence de son axe 5, qui peut être sa position à une température de 20 C, afin de compenser la dilatation radiale de ladite cuve 4. Du côté des galets 10 situés à l'avant de la cuve 4, il est prévu une butée axiale (non représentée), tandis que la dilatation longitudinale de cette cuve 4 est absorbée du côté de l'arrière, o le chemin de roulement 7 possède une largeur suffisante pour se maintenir au contact des galets 9 malgré la dilatation longitudinale. La paroi latérale cylindrique 4a de la cuve 4 supporte, intérieurement, des cartouches chauffantes électriques 15, montées elles- mêmes dans des éléments de dissipation thermique, afin d'obtenir un rendement maximum et d'assurer la longévité desdites cartouches 15. La paroi frontale arrière 4b de la cuve 4 possède une ouverture d'entrée centrale 4d, de forme circulaire, délimitée par un manchon 16 de faible longueur, solidaire de ladite cuve 4 et pourvu d'une bride. Le système de remplissage 1 du four, qui sera maintenant décrit, est raccordé à cette ouverture d'entrée 4d. Le système de remplissage 1 comprend une trémie de chargement fixe 17, qui surmonte un tube fixe 18, d'axe horizontal confondu avec l'axe 5 de la cuve 4, le fond de la trémie 17 communiquant avec l'intérieur du tube 18. Un tube horizontal tournant 19, situé dans le prolongement du tube fixe 18, est raccordé à la bride du manchon 16 solidaire de la cuve 4. Dans le conduit constitué par les tubes fixe 18 et tournant 19 est monté coulissant, suivant l'axe horizontal 5, un piston de remplissage , actionné par un vérin à double effet 21 situé en arrière de ce piston 20. Le piston 20 est déplaçable en translation suivant l'axe, au moyen du vérin 21, entre une position reculée (indiquée en traits continus) dans laquelle ce piston 20 se situe en arrière de la trémie 17, et une position avancée (indiquée en traits pointillés) dans laquelle le même piston 20 est introduit dans le tube tournant 19, et peut aussi être engagé dans le manchon 16 et atteindre ainsi pratiquement l'enceinte de traitement 6. Le système d'extraction 3 est représenté en détail sur la figure 3. Il comprend, à l'intérieur de la cuve 4 du four tournant 2, des palettes longitudinales 22, aboutissant par leur extrémité avant à une trémie de récupération 23, disposée à proximité de la paroi frontale avant 4a de la cuve 4. Cette paroi frontale comporte une ouverture de sortie centrale 4a de forme circulaire, à laquelle se raccorde un tube horizontal 24, d'axe confondu avec l'axe 5 de la cuve 4, et dirigé vers l'avant. La base de la trémie de récupération 23 est ainsi prolongée par le tube 24. A l'intérieur de ce tube 24 est disposée une vis transporteuse , possédant plusieurs spires hélicoïdales, montée sur un arbre tubulaire horizontal 26, centré sur l'axe 5 de la cuve 4 et entraîné en rotation, autour de cet axe 5, par des moyens moteurs non représentés. L'arbre tubulaire 26 possède une partie postérieure qui se prolonge à l'intérieur de la cuve 4, et une partie antérieure qui s'étend, à l'avant de la cuve 4, jusqu'à un condenseur 27. Cet arbre tubulaire horizontal 26 traverse, de part en part, une trémie de réception 28. Une boîte à joints 29 est montée à l'intérieur de la trémie de réception 28, du côté de l'entrée de l'arbre tubulaire 26. L'étanchéité de la boîte à joints 29 est assurée par de la poudre d'alumine , maintenue entre des séparations annulaires, comprenant des séparations annulaires tournantes 31, solidaires du tube 24, et d'autres séparations annulaires fixes 32, solidaires du corps de la boîte à joints 29. Les spires de la vis transporteuse 25 s'interrompent, à l'avant, au niveau de la sortie de la boîte à joints 29. A l'opposé de cette boîte à joints 29, l'arbre tubulaire horizontal 26 traverse la paroi latérale de la trémie de réception 28, par I'intermédiaire d'un palier étanche 33. Un autre palier similaire 34 est de préférence prévu à l'extrémité avant de l'arbre tubulaire 26, au débouché de ce dernier dans le condenseur 27, donc au niveau de la paroi latérale de ce condenseur 37. A la base de la trémie de réception 28, il est prévu une vis transporteuse 35, d'axe incliné, qui décrit un trajet ascendant et aboutit à un orifice de sortie 36. Enfin, une tuyauterie 37 conduit depuis la partie haute de la trémie de réception 28 vers le condenseur 27. En cours de fonctionnement, les déchets domestiques et/ou industriels, à traiter, sont introduits dans la trémie de chargement 17 du système de remplissage 1, tandis que la cuve 4 du four tournant 2 est mise en rotation, autour de l'axe horizontal 5, à une vitesse relativement faible, par exemple de l'ordre de 2 tours par minute. Le piston de remplissage 20 étant initialement maintenu en position reculée, les produits à traiter tombent dans le tube fixe 18. Puis, le vérin 21 étant actionné de manière à déplacer le piston 20 vers sa position avancée, les produits à traiter sont poussés en avant dans le tube tournant 19, solidaire de la cuve 4, et ils tombent dans cette cuve 4 en traversant le manchon 16 formant l'ouverture d'entrée 4d. Les déchets poussés en avant par le piston 20, mais non tombés dans la cuve 4, forment dans un partie du tube 19 et/ou dans le manchon 16 un "bouchon" de matière 38, de longueur variable, qui assure l'étanchéité de la cuve 4, du côté de son ouverture d'entrée 4d. A chaque mouvement de va-et-vient du piston 20, actionné par le vérin 21, le "bouchon" 38 est renouvelé, c'est-à- dire qu'il est remplacé par les nouveaux produits à traiter arrivant dans le tube fixe 18, en provenance de la trémie de chargement 17. Les déchets organiques tombés dans la cuve 4g sont traités par thermolyse, et sont transformés en produits carbonés, qui sont récupérés et évacués par le système d'extraction 3. Ces produits sont d'abord récupérés, et extraits de la cuve 4, par les palettes 22 et la trémie 23, qui les dirige vers l'ouverture du sortie 4e de la cuve 4. Ainsi, les produits carbonés parviennent, comme indiqué en 39, dans le tube horizontal 24 o ils sont déplacés, vers l'avant, par la vis transporteuse 25 entraînée avec l'arbre tubulaire 26. Parvenus à l'extrémité avant de la vis transporteuse , les produits carbonés 39 tombent au fond de la trémie de réception 28. L'extraction des produits carbonés, depuis la trémie de réception 28, se fait au moyen de la vis transporteuse 35, entraînée en rotation. On notera que les spires hélicoïdales de cette vis transporteuse s'interrompent suffisamment en amont de l'orifice de sortie 36, afin de créer un "bouchon" de matière 40 à l'intérieur du corps tubulaire 41 renfermant ladite vis 35. Les produits délivrés par l'orifice de sortie 36 tombent dans une benne 42, qui une fois remplie peut être transportée vers une station de triage permettant de séparer les produits carbonés, les métaux ferreux et non ferreux, et les corps inertes (cailloux, verre, etc...). L'arbre tubulaire 26 sert de conduit d'extraction des gaz hors de la cuve 4, et amène ces gaz au condenseur 27. La tuyauterie 37 permet d'amener aussi au condenseur 27 les gaz extraits de la trémie de réception 28. Au condenseur 27 sont associés un laveur et un extracteur, non représentés, pour le traitement et l'évacuation des gaz. Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce four tournant pour le traitement de déchets domestiques et industriels 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. REVENDICATIONS 1 - Four tournant pour le traitement par thermolyse de déchets domestiques et industriels, du genre comprenant: - le four tournant (2) proprement dit, avec sa cuve de traitement (4) de forme générale cylindrique et d'axe horizontal (5), montée rotative autour de son axe horizontal (5) sur des galets-supports (9, 10), des moyens motorisés étant prévus pour l'entraînement en rotation de cette partie tournante, autour de son axe horizontal (5), - en tête du four, un système de remplissage (1) pour l'introduction des produits à traiter dans la cuve (4) précitée, ce système (1) comportant des moyens d'étanchéité interdisant l'entrée d'air extérieur dans la cuve (4), - en sortie de four, un système d'extraction (3) des produits traités solides, ainsi que de la vapeur et/ou des gaz issus du traitement, également avec des moyens d'étanchéité à l'air, - des moyens de compensation de la dilatation longitudinale et/ou radiale de la cuve de traitement (4), - des moyens de chauffage de l'enceinte de traitement (6), délimitée par les parois de la cuve (4), cet enceinte (6) étant maintenue en dépression, caractérisé en ce que le système de remplissage (1), situé en tête de four, comprend en combinaison: - une trémie de chargement (17), dont la base communique avec un tube fixe (18), d'axe horizontal coïncidant avec l'axe de rotation (5) de la cuve de traitement (4), - un manchon (16) et/ou un tube tournant (19), situé(s) dans le prolongement du tube fixe (18) et solidaire(s) de la cuve de traitement (4), avec raccordement à une ouverture d'entrée circulaire centrale (4d), ménagée dans la paroi frontale arrière (4b) de la cuve de traitement (4), - un piston de remplissage (20), monté coulissant dans le tube fixe (18), suivant son axe horizontal, entre une position reculée située en retrait de la communication entre la trémie de chargement (17) et ce tube fixe (18), et une position avancée en direction de la cuve de traitement (4), mais laissant subsister en avant du piston (2a) un espace pour la formation d'un "bouchon" de matière (38), des moyens d'actionnement (21) étant prévus pour le déplacement du piston de remplissage (20) vers l'avant et vers l'arrière, entre ses deux positions extrêmes. 2- Four tournant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'actionnement du piston de remplissage (20) sont constitués par un vérin à double effet (21), situé en arrière de ce piston o10 (20). 3 - Four tournant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, dans sa position avancée, le piston de remplissage (20) pénètre, au moins partiellement, dans le manchon(16) et/ou le tube tournant (19), solidaire(s) de la cuve de traitement (4). 4 - Four tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système d'extraction (3) des produits traités, situé en sortie de four, comprend en combinaison: - à l'intérieur de la cuve de traitement (4), des moyens de récupération (22, 23) des produits traités solides, notamment des produits carbonés (39), -un tube tournant (24) d'axe horizontal coïncidant avec l'axe de rotation (5) de la cuve de traitement (4), et solidaire de cette cuve (4), avec raccordement à une ouverture de sortie (4e) circulaire centrale, ménagée dans la paroi frontale avant (4c) de la cuve de traitement (4), - une trémie de réception (28), dans laquelle aboutit le tube tournant (24) précité, une boîte à joints (29) à poudre, telle que poudre d'alumine (30), étant prévue pour assurer l'étanchéité autour dudit tube tournant (24), à l'intérieur de la trémie de réception (28), - une vis transporteuse (25), disposée à l'intérieur du tube tournant (24) précité, les spires hélicoïdales de la vis transporteuse (25) étant portées par un arbre (26) centré sur l'axe de rotation (5) de la cuve de traitement (4) et lié à des moyens d'entraînement en rotation, et ces spires s'interrompant, à l'avant, sensiblement au niveau de la sortie de la boîte à joints (29). - Four tournant selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de récupération des produits traités solides (39) comprennent, à l'intérieur de la cuve de traitement (4), des palettes longitudinales (22), aboutissant par leur extrémité avant à une trémie de récupération (23), disposée à proximité de la paroi frontale avant (4c) de la cuve (4). 6 - Four tournant selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la vis transporteuse (5) du système d'extraction (3) possède un arbre central tubulaire (26), qui est prolongé vers l'arrière à l'intérieur de la cuve de traitement (4), et qui s'étend vers l'avant en traversant de part en part la trémie de réception (28), et en aboutissant à un condenseur (27). 7 - Four tournant selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'à l'opposé de la boîte à joints (29), I'arbre tubulaire (26) traverse la paroi latérale de la trémie de réception (28) par l'intermédiaire d'un palier étanche (33), un autre palier similaire (34) étant de préférence prévu à l'extrémité avant de l'arbre tubulaire (26), au débouché de ce dernier dans le condenseur (27). 8 - Four tournant selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est prévu une tuyauterie (37) qui conduit depuis la partie haute de la trémie de réception (28) vers le condenseur (27). 9 - Four tournant selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu, à la base de la trémie de réception (28), une autre vis transporteuse (35), qui aboutit à un orifice de sortie (36) des produits carbonés (39), cette vis transporteuse (35) décrivant un trajet ascendant et ses spires hélicoïdales s'interrompant en amont de l'orifice de sortie (36), de manière à créer et maintenir un "bouchon" de matière (40). 10 - Four tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de compensation de la dilatation radiale de la cuve de traitement (4) comprennent un montage des galets- supports (9, 10) de ladite cuve (4) sur des chariots (11), déplaçables horizontalement et symétriquement sur une glissière transversale (12), notamment par l'intermédiaire de vis à billes (13) motorisées. 11 - Four tournant selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de chauffage de l'enceinte de traitement (6), délimitée par les parois de la cuve (4), sont constitués par des cartouches chauffantes électriques (15), supportées intérieurement par5 la paroi latérale cylindrique (4a) de la cuve (4), et montées elles-mêmes dans des éléments de dissipation thermique.