Brevet FR2822222A1 — publié le 20020920

La présente invention a pour objet un four incinérateur pour ordures ménagères. La récupération et la destruction des ordures ménagères, notamment des détritus d'origine végétale, des emballages en papier, bois, carton, matière synthétique, ou encore des chiffons, posent des problèmes importants. Ces problèmes sont de plusieurs ordres. Le premier problème concerne le ramassage et l'évacuation des ordures ménagères hors des agglomérations. Un autre problème, plus important à régler, est celui du traitement des ordures ménagères. Il était connu de procéder à l'épandage des ordures ménagères sur des décharges prévues à cet effet en dehors des agglomérations urbaines. Cette solution n'est pas satisfaisante en raison de la pollution qu'elle engendre, d'une part de l'air environnant et d'autre part par infiltration à l'intérieur du sol des résidus liquides ou de la pluie ayant ruisselé au contact des ordures, ces éléments liquides pouvant empoisonner le sol et éventuellement les nappes phréatiques que peut contenir le sol. Il faut en outre considérer que la destruction d'emballages ou autres articles en matière synthétique sans dispositif approprié n'est pas envisageable en raison de la toxicité des gaz dégagés lors de leur combustion, la combustion de polychlorure de vinyle produisant par exemple l'émission de vapeurs contenant de l'acide chlorydrique. Certaines agglomérations urbaines disposent d'usines d'incinération équipées de chaînes de triage des résidus, puis de combustion de ceux-ci. Ces installations donnent satisfaction d'un point de vue théorique dans la mesure où elles permettent de détruire les ordures dans de bonnes conditions d'hygiène, c'est-à-dire sans produire de rejets polluants. Cependant, ces installations sont d'un prix de revient et d'un coût d'exploitation très élevés, de telle sorte que leur implantation ne peut être envisagée que dans de grandes métropoles urbaines. Il est connu par le brevet français 2 425 613 au nom du Demandeur de réaliser un four auto-incinérateur pour ordures ménagères comportant une zone de combustion des ordures, constituée par au moins un plan incliné réalisé en une toile métallique, ce plan incliné étant situé à distance des parois de la construction, afin d'assurer l'amenée d'air favorisant la combustion. Une ou des cheminées sont situées à la partie supérieure de la construction de forme parallélépipédique contenant le foyer, des portes étant prévues dans cette construction pour réaliser l'amenée des ordures et leur déversement dans le foyer, et l'évacuation des cendres en dessous du foyer. Cette installation est intéressante dans la mesure où elle ne nécessite pas la mise en oeuvre d'un combustible pour réaliser la combustion des ordures, c'est-à-dire assure une auto-incinération de cellesci. Ce type de four présente également l'avantage de pouvoir être réalisé sous de petites taille, permettant l'équipement de communes petites ou moyennes, un incinérateur de petite taille pouvant par exemple convenir pour une commune de deux mille habitants. Le but de l'invention est de fournir un four incinérateur pour ordures ménagères, du dernier type cité, convenant spécialement bien pour l'incinération d'ordures ménagères très humides, et pouvant réaliser une auto-combustion dans des zones dans lesquelles l'atmosphère est très chargée en humidité, comme tel est le cas dans les zones tropicales où l'air est très humide en raison des pluies abondantes en période de mousson, et les ordures ménagères sont constituées par une partie importante de résidus de végétaux renfermant une quantité importante d'eau. A cet effet, le four incinérateur qu'elle concerne, du type comportant une construction de forme générale parallélépipédique entièrement fermée et dont la partie supérieure est équipée d'une cheminée d'évacuation des fumées, cette construction contenant au moins un foyer de réception des ordures en forme générale de trémie et comprenant au moins une paroi inclinée constituée par une grille métallique, est caractérisé en ce que la paroi inclinée constituée par une grille délimite une chambre pour le passage des gaz de combustion, dans laquelle ou en aval de laquelle, dans le sens d'évacuation des gaz de combustion, est disposé un échangeur thermique de type air-air qui est traversé d'une part par les gaz chauds de combustion et d'autre part par de l'air pris à l'extérieur qui est réchauffé dans l'échangeur et amené dans le foyer par au moins une tubulure qui débouche dans une paroi de la trémie autre que la paroi inclinée constituée par une grille. L'air de combustion est d'une part amené à partir du volume entourant le foyer, dans la mesure où plusieurs des parois de celui-ci peuvent être réalisées en grille. Toutefois, l'idée maîtresse à la base de l'invention est d'amener également de l'air de combustion dans l'une des parois du foyer, qui est préchauffée par les gaz chauds de combustion, et qui va favoriser la combustion, et aussi, compte tenu de sa température réchauffer les ordures et les sécher, notamment en début du cycle de combustion. Il est ainsi possible d'assurer une auto-incinération d'ordures ménagères, même si celles-ci contiennent beaucoup d'humidité, et même si l'hygrométrie de l'air ambiant est élevée. Il doit être noté qu'après chargement des ordures dans le foyer, celles-ci subissent un traitement statique par égouttage et par rayonnement de la chaleur emmagasinée dans la chambre de combustion. En effet, la construction constitutive du four étant réalisée en béton, certaines parties du foyer ou entourant le foyer étant réalisées en béton et notamment en béton réfractaire, l'inertie thermique du four est importante. En conséquence, lorsqu'un four est utilisé tous les jours, ou plusieurs fois par jour, le four est encore chaud lorsque les ordures sont déversées dans le foyer. La mise à feu est effectuée par simple allumage ou avec adjonction d'une très faible quantité de combustible, destinée uniquement à initier le début de la combustion. Après quelques minutes, la température augmente et crée une phase dynamique due à la forme du foyer qui est en forme de trémie et à la circulation de l'air et notamment à l'amenée d'air chaud en provenance de l'échangeur thermique, qui est de l'air extérieur et propre est réchauffé grâce aux calories libérées par les gaz de combustion. Lorsque le four se trouve dans une phase de pleine combustion, les gaz sont portés à une température très élevée comprise entre 700 et 1000 degrés, et sont donc en grande partie détruits. Des dépoussiéreurs retenant les particules, les fumées sortant de la cheminée sont essentiellement constituées par de la vapeur d'eau. En outre, en raison de la température élevée dans le foyer et de la forme de trémie de celui-ci, les matières plastique pouvant se trouver dans les ordures fondent presque instantanément et coulent directement dans le cendrier situé sous le foyer, où elles se resolidifient. Ce phénomène est particulièrement intéressant car évitant la pollution de l'atmosphère par des émissions d'acide chlorydrique provenant de la combustion du polychlorure de vinyle. L'absence de dégagement de chlore évite également le dégagement de dérivés de celui-ci, tels que la dioxine. Suivant une autre caractéristique de ce four la paroi opposée à la paroi inclinée du foyer, constituée par une grille, est alimentée en air à partir de la ou des tubulures provenant de l'échangeur thermique. Avantageusement, la paroi du foyer alimentée en air de combustion à partir de l'échangeur thermique est inclinée et est réalisée en béton réfractaire. Afin d'éviter que les extrémités des tubulures débouchant dans le foyer ne soient obturées par des ordures, chaque tubulure d'amenée d'air de combustion débouche dans le fond d'une rainure ménagée dans la paroi considérée du foyer, d'orientation générale verticale et de section en forme générale de queue d'aronde. Avantageusement ce four incinérateur comprend un second échangeur thermique air-air, localisé séparément du premier échangeur, ou juxtaposé à celui-ci, traversé d'une part par les gaz chauds de combustion et d'autre part par de l'air pris à l'extérieur qui est réchauffé dans l'échangeur et amené par une tubulure à une chambre haute, située immédiatement en amont de la cheminée, et dans laquelle l'air réchauffé est mélangé aux gaz de combustion, avant évacuation du mélange. L'air chaud qui est mélangé aux gaz de combustion assure d'une part la dilution de ceux-ci et d'autre part assure un phénomène d'entraînement des gaz vers l'extérieur. Afin de limiter la teneur en poussières des fumées évacuées par la cheminée, la chambre située en dehors du foyer et à côté de la grille contient un dispositif de dépoussiérage, et l'échangeur thermique pour le réchauffage de l'air de combustion est disposé dans une chambre située au-dessus de la chambre précédente. En outre au moins un dispositif de dépoussiérage est disposé entre l'échangeur thermique et la cheminée de sortie des gaz de combustion. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la chambre haute contient un filtre pour réaliser un dernier dépoussiérage des gaz de combustion et un dispositif de chauffage à brûleur pour réchauffer les gaz de combustion. La chaleur dégagée par le brûleur est aussi mise à profit pour nettoyer le filtre et le faire vibrer périodiquement. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce four, dans le cas d'un four à un seul foyer. Figure 1 en est une vue en perspective, partiellement arrachée et certaines parties étant représentées en coupe. Figure 2 en est une vue en coupe verticale suivant la ligne II-II de figure 1. Figure 3 en est une vue en coupe par un plan horizontal suivant la ligne 111-111 de figure 2. Figure 4 en est une vue en coupe par un plan vertical selon la ligne IV-IV de figure 3. Le four représenté au dessin est constitué par une construction 2 de forme parallélépipédique présentant, à mi-hauteur, un quai d'accès 3 pour les véhicules, permettant à un véhicule de collecte des ordures ménagères d'engager au moins l'arrière à l'intérieur de la construction par une porte d'accès 4. En dessous de ce quai 3 se trouve un foyer 5 dont la partie supérieure est obturée par des portes 6 qui sont ouvertes pour réaliser le chargement des ordures et fermées en période de combustion des ordures. Le foyer 5 possède une forme générale de trémie, délimitée par plusieurs parois inclinées de haut en bas et de l'extérieur vers l'intérieur. Dans la forme d'exécution représentée à la figue 1, sont représentées plus spécifiquement deux parois opposées, à savoir une paroi constituée par une grille 7, et une paroi opposée 8 réalisée en béton réfractaire. En dessous de ces deux parois 7 et 8 convergentes, sont disposées deux grilles 9 montées pivotantes autour d'axes horizontaux, permettant le passage des cendres et, après combustion des ordures le passage des résidus de combustion, après pivotement des grilles, vers un cendrier 10 monté sur des roues et auquel il est possible d'accéder en vue de réaliser son vidage, par l'intermédiaire d'une porte 12 ménagée à la partie inférieure de l'édifice. La grille 7 inclinée permet le passage des fumées constituées par les gaz de combustion vers une chambre 13 disposée latéralement au foyer et dans la partie haute de celui-ci, contenant un dispositif de dépoussiérage non représenté au dessin. Ce dispositif de dépoussiérage est connu en soi et constitué par exemple par des lames inclinées formant des chicanes, placées sur le trajet des gaz de combustion. Au-dessus de la chambre 13 est disposée une chambre 14 contenant un échangeur double, ou deux échangeurs superposés, un échangeur inférieur 15 et un échangeur supérieur 16. Les échangeurs inférieur et supérieur présentent des canaux verticaux 17 permettant le passage des gaz de combustion de bas en haut. L'échangeur 15 comprend, pour sa part, un circuit de passage d'air frais extérieur à partir d'une tubulure 18, cet air frais étant réchauffé au contact des gaz de combustion traversant les canaux 17, et étant évacué par une tubulure 19 en direction de la paroi 8 délimitant une des faces latérales du foyer 5. Il faut noter que la tubulure 19 débouche en plusieurs emplacements 20 dans la paroi 8, et de préférence, dans le fond de rainures verticales ménagées dans cette paroi, ces rainures ayant une section en queue d'aronde. Dans le second échangeur 16, de l'air extérieur est alimenté par une tubulure 22, cet air ressortant de l'échangeur après s'être échauffé au contact des gaz chauds traversant les passages 17, par une tubulure 23, en direction d'une chambre 24 dans laquelle l'air chaud est mélangé aux gaz de combustion ayant préalablement traversé les passages 17 des deux échangeurs. Il doit être noté qu'entre la chambre 14 contenant les échangeurs et la chambre 24 de mélange, le gaz passe dans une chambre 25 équipée d'un autre dépoussiéreur autonettoyant 26. Le dépoussiéreur 26 est équipé d'un dispositif de mise en vibration permettant de faire tomber les particules retenues, dans une trémie. Les gaz de combustion mélangés à l'air réchauffé provenant de l'échangeur 16 sont donc dilués par cet air et entraînés par cet air vers l'extérieur dans une cheminée 27. La chambre 24 contient également un dernier filtre 28 pour retenir les poussières que les gaz de combustion peuvent encore contenir. Il est également prévu un dispositif de chauffage 29 des gaz par un brûleur. La circulation de l'air dans les tubulures 19 et 23 peut être réalisée naturellement, ou le débit peut être augmenté par l'intermédiaire de groupes ventilateurs à faible consommation d'énergie. Il doit toutefois être noté qu'en cas de panne des moteurs ou de coupure de courant, le four peut continuer à fonctionner, grâce à sa capacité d'auto-combustion. Il est intéressant de noter que l'air amené par la tubulure 19 et les embouts 20 à l'intérieur du foyer 5 va non seulement favoriser la combustion mais également permettre le séchage des ordures, ce qui est particulièrement avantageux si celles-ci sont chargées en humidité et si l'hygrométrie de l'air ambiant est élevée. Comme il va de soi l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce four, décrit ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment qu'un four pourrait comporter deux foyers susceptibles de travailler simultanément ou alternativement, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. Ces deux foyers pourraient être associés à des échangeurs d'air spécifiques, ou bien à une même batterie d'échangeur. REVENDICATIONS 1. Four incinérateur pour ordures ménagères, du type comportant une construction (2) de forme générale parallélépipédique entièrement fermée et dont la partie supérieure est équipée d'une cheminée (27) d'évacuation des fumées, cette construction contenant au moins un foyer (5) de réception des ordures, en forme générale de trémie et comprenant au moins une paroi inclinée constituée par une grille métallique (7), caractérisée en ce que la paroi inclinée constituée par une grille (7) délimite une chambre (13) pour le passage des gaz de combustion, dans laquelle ou en aval de laquelle dans le sens d'évacuation des gaz de combustion, est disposé un échangeur thermique (15) de type air-air, qui est traversé d'une part par les gaz chauds de combustion (17) et d'autre part par de l'air pris à l'extérieur (18) qui est réchauffé dans l'échangeur et amené dans le foyer par au moins une tubulure (19) qui débouche dans une paroi (8) de la trémie autre que la paroi inclinée (7) constituée par une grille. 2. Four incinérateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi (8) opposée à la paroi inclinée (7) du foyer (5), constituée par une grille, est alimentée en air à partir de la ou des tubulures (19) provenant de l'échangeur thermique. 3. Four incinérateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la paroi (8) du foyer (5) alimentée en air de combustion à partir de l'échangeur thermique (16) est inclinée et est réalisée en béton réfractaire. 4. Four incinérateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque tubulure (19,20) d'amenée d'air de combustion débouche dans le fond d'une rainure ménagée dans la paroi (8) considérée du foyer (5), d'orientation générale verticale et de section en forme générale de queue d'aronde. 5. Four incinérateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un second échangeur thermique air-air (16), localisé séparément du premier échangeur (15), ou juxtaposé à celuici, traversé d'une part par les gaz chauds de combustion (17) et d'autre part par de l'air pris à l'extérieur (22) qui est réchauffé dans l'échangeur et amené par une tubulure (23) à une chambre haute (24), située immédiatement en amont de la cheminée (27), et dans laquelle l'air réchauffé est mélangé aux gaz de combustion, avant évacuation du mélange. 6. Four incinérateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la chambre (13) située en dehors du foyer (5) et à côté de la grille (7) contient un dispositif de dépoussiérage, et l'échangeur thermique (15) pour le réchauffage de l'air de combustion est disposé dans une chambre (14) située au-dessus de la chambre (13) précédente. 7. Four incinérateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif de dépoussiérage autonettoyant (26) est disposé entre l'échangeur thermique (15,16) et la cheminée (27) de sortie des gaz de combustion. 8. Four incinérateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre haute (24) contient un filtre (28) pour réaliser un dernier dépoussiérage des gaz de combustion. 9. Four incinérateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la chambre haute (24) contient un dispositif de chauffage (29) à brûleur pour réchauffer les gaz de combustion.