Brevet FR2854831A1 — publié le 20041119

FOUR DESTINE AU TRAITEMENT DU BOIS A HAUTE TEMPERATURE, ET INSTALLATION ET PROCEDE POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention concerne un four destiné au traitement du bois à haute température, constitué d'une enceinte de traitement, à l'intérieure de laquelle est empilée une charge de 5 bois et distribuée une énergie calorifique par l'intermédiaire d'un fluide porté à température par des moyens de chauffage et de régulation et véhiculé par des tuyaux de circulation. Dans l'art antérieur, il est connu de traiter à haute température du bois dans des fours qui présentent un certain nombre d'inconvénients dans leur fonctionnement, notamment au niveau du système de chauffage et de refroidissement proprement dit, 15 au niveau de la mise et du maintien en atmosphère intérieur inerte avec circulation du fluide inerte et au niveau de l'exploitation volumique. En ce qui concerne les systèmes de chauffage 20 connus, celui-ci se fait au moyen de brûleurs internes au four avec ou sans chambre de combustion. Dans ces systèmes, on utilise la flamme d'un 25 brûleur pour appauvrir l'air ambiant en oxygène, de manière à éviter le risque d'inflammation du bois lors de l'atteinte du point d'ignition. Ce principe de chauffage présente l'inconvénient de mettre en contact avec une flamme, des produits volatiles et des gaz produits par le bois lors de sa montée en température, mettant ainsi l'installation en fort risque d'explosion. Par ailleurs, le refroidissement se fait à l'heure actuelle uniquement par pulvérisation d'eau glacée, ce qui entraîne la production de vapeur d'eau qui engendre une montée de la pression à l'intérieur de four. En ce qui concerne la mise et le maintien en atmosphère inerte avec circulation de fluide inerte, les systèmes connus n'apportent qu'un appauvrissement de l'air ambiant en oxygène. Un 15 autre système connu consiste à remplacer l'air par de l'azote en tant que gaz inerte à l'intérieur du four, ce qui nécessite une installation coûteuse. La circulation du gaz inerte ou voisin de 20 l'inertie totale se fait au moyen de ventilateurs qui font circuler le gaz par rotation, avec, malgré tout, une certaine difficulté d'homogénéisation de la température aux différents points de l'intérieur de la pile de bois et aux différents points du 25 four. Au niveau de l'exploitation volumique de ces fours connus, il n'est pas actuellement possible de traiter des volumes réduits de bois à des 30 conditions de prix de revient acceptable ou différentes essences de bois ou différentes sections de façon simultanée, sauf à mettre en place plusieurs fours complets avec leur système individuel de chauffage, ce qui nécessite un 35 investissement très important. Pour cette raison, il n'y a pas de souplesse dans l'exploitation des installations selon l'art antérieur, donc une plus grande difficulté d'amortissement de celle-ci. Toutes ces difficultés proviennent du fait que le séchage du bois à haute température s'effectue au-dessus de 220 afin de le rendre imputrescible 10 par suppression de la résine et des éléments hydrophiles et biodégradables qu'il contient. Le bois dégage un gaz dit " gaz de bois " qui s'enflamme au contact de l'oxygène de l'air 15 ambiant. Le bois étant auto-combustible à 230 , la présence de l'oxygène dans le four fera brûler le bois de lui-même. Egalement, dans les solutions connues, le fait 20 d'extraire l'air ambiant du four pour le remplacer par de l'azote présente l'inconvénient de nécessiter un four parfaitement hermétique car toute introduction d'oxygène fortuite pourrait déclencher une explosion. La présente invention a pour but de remédier à tous les inconvénients de l'art antérieur précité et concerne à cet effet un four destiné au traitement du bois à haute température constitué 30 d'une enceinte de traitement à l'intérieur de laquelle est empilée une charge de bois et est distribuée une énergie calorifique par l'intermédiaire d'un fluide porté à température par des moyens de chauffage et de régulation et véhiculé par des tuyaux de circulation, caractérisé en ce que les moyens de chauffage et de régulation du fluide sont disposés extérieurement au four et en ce que les tuyaux de circulation du fluide sont 5 disposés dans au moins deux chambres d'accumulation thermique situées latéralement et en vis à vis de part et d'autre de l'enceinte et mises en communication avec celles-ci par des ouvertures aptes à pulser l'énergie calorifique accumulée dans 10 les chambres. On a bien compris que le but principal de l'invention est d'éliminer toute existence de 15 flamme à l'intérieur du four de traitement du bois à haute température avec les inconvénients qui en découlent. La présente invention concerne également les 20 caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 représente schématiquement un four selon l'invention, jumelé à d'autre fours identiques. La figure 2 représente une vue synoptique montrant un exemple de schéma de fonctionnement d'une installation mettant en oeuvre un four selon la figure 1 à partir d'un gaz obtenu par pyrolyse 5 totale ou partielle de déchets de bois ou à partir de tout autre moyen énergétique combiné ou non. Le four 5 désigné globalement sur la figure 1 est constitué d'une enceinte de traitement 12 à 10 l'intérieur de laquelle est empilée une charge de bois 13 et est distribuée une énergie calorifique par l'intermédiaire d'un fluide porté à température par des moyens de chauffage et de régulation et véhiculée par des tuyaux de circulation 14. 15 Selon une première caractéristique importante de l'invention, les moyens de chauffage et de régulation 4 du fluide sont disposés extérieurement au four 5. Néanmoins, pour éviter les déperditions de chaleur, les moyens de chauffage 4 seront situés au plus près du four 5. En combinaison avec cette première caractéristique, l'invention réside également dans le fait que les tuyaux 14 de circulation du fluide sont disposés dans au moins deux chambres d'accumulation thermique 15, 16 situées latéralement et en vis à vis de part et d'autre de l'enceinte 12 et sont mises en communication avec celles-ci par des ouvertures 17 aptes à pulser l'énergie calorique accumulée dans les chambres 15, 16, générée par les tuyaux 14. 35 Avantageusement, le fluide véhiculé dans les tuyaux est un fluide inerte tel que l'huile. Bien entendu, il pourrait également s'agir d'eau ou de tout autre fluide liquide ou gazeux. Ainsi, l'enceinte de traitement 12, les chambres d'accumulation thermique 15, 16 et le four d'une manière générale sont exempts de tout brûleur 10 et de toute flamme et permet d'obtenir ainsi un four d'une sécurité absolue. Selon une autre caractéristique de l'invention, les ouvertures 17 sont équipées de pulseurs 18 à 15 vitesse variable et de clapets de fermeture disposés en vis à vis de part et d'autre des chambres d'accumulation 15, 16, lesdits pulseurs 18 tournant à l'inverse l'un de l'autre, deux par deux, de manière à créer un effet de circulation en 20 serpentin, entre les différents niveaux de la pile de bois 13. Ces pulseurs, situés latéralement de part et d'autre de la pile de bois, peuvent aussi être 25 placés de la même façon dans une autre conception du four sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ceci est bien illustré sur la figure 1 o l'on 30 voit, au droit des pulseurs 18 des flèches qui indiquent le sens de circulation du gaz chaud ou froid selon le cas, en fonction du sens de rotation des pulseurs. Ainsi le gaz qui sort par pulsation d'une chambre d'accumulation thermique 15, par exemple, traverse la pile de bois 13 latéralement et repart par pulsation à l'autre chambre d'accumulation 5 thermique 16 en vis à vis de la première et vis versa. Ainsi, la température du gaz est assurée de rester stable et de traverser uniformément, à 10 vitesse constante, la pile de bois à traiter. Selon une autre caractéristique de l'invention, les chambres d'accumulation thermique 15, 16 sont équipées en outre d'un système de réfrigération 19, 15 fonctionnant alternativement à la chauffe durant la période de refroidissement du bois, successive à son chauffage, de manière à conférer aux dites chambres 15, 16 un double rôle sans modification de leur structure. L'utilisation d'un gaz inerte, refroidi également à l'extérieur du four par une centrale de froid séparé, permet d'assurer, si nécessaire, une baisse plus rapide de la température interne du 25 four, en complément de la régulation normale au niveau de la production de chaleur, en cas de développement d'une réaction exothermiques de certaines essences de bois lors du traitement à haute température. En outre, les chambres d'accumulation thermique 15, 16 sont équipées de résistances électriques complémentaires 20. Ces résistances électriques 20 fonctionnent ou non en couplage avec le chauffage procuré par les tuyaux 14. Elles sont alimentées par un courant électrique produit ou non à partir de l'installation de chauffage extérieur. Ces résistances ne sont sollicitées qu'en cas de nécessité. Des moyens de régulation déclenchant le système de refrigération sont prévus, dès qu'on stoppe l'arrivée du fluide calorifique. Ainsi équipées d'un système de chauffage et 15 d'un système de réfrigération, les chambres 15, 16 permettront d'accumuler soit de la chaleur soit du froid. Selon une autre caractéristique de l'invention, 20 dans l'enceinte de traitement 12 est introduit du gaz carbonique C02 pour chasser l'air ambiant chargé d'oxygène et les produits gazeux générés au cours du traitement du bois et créer ainsi un milieu d'atmosphère inerte, le C02 étant produit 25 extérieurement au four 5. Le principe repose sur l'utilisation du C02 produit par la combustion du gaz dans le moyen de 30 chauffage 5, en fait une chaudière. Le C02 est récupéré via une réserve 6 alimentée par un compresseur. Le C02 ainsi récupéré sert à chasser l'air ambiant du four pour création d'un milieu d'atmosphère inerte. Quand la température atteint un stade o le bois dégage du gaz et des produits volatiles inflammables, un système évacue ceux-ci au fur et à mesure vers un épurateur de gaz 3 (voir figure 2), via la réserve 6 pour recyclage, tandis qu'une 10 compensation se fait à partir de la réserve de C02 tirée de la combustion du gaz à la chaudière 5. L'installation sera décrite plus en détail plus loin. Ainsi, la pression ambiante de départ à l'intérieur du four 5 est maintenue dans sa plus proche valeur, les gaz et produits volatiles ainsi que l'oxygène produit éventuellement par le bois 20 étant éliminés et réutilisés au travers du système d'épuration du gaz produit dans une centrale de gazéification 2. Il n'y a donc pas d'apport supplémentaire de 25 C02, celui-ci ne résultant que des gaz brûlés issus du bois, sous réserve d'une production suffisante par le système de chauffage. Dans l'hypothèse inverse, l'adjonction d'un gaz 30 inerte autre que du C02 pourrait être envisagé. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'enceinte de traitement 12 comporte un plafond mobile 21 actionné par l'intermédiaire de vérins, positionnable entre deux rangées horizontales de pulseurs 18 et de clapets associés, ceux situés audessus du plafond 21, dans une position de celui-ci choisie en fonction de la hauteur de pile de bois 5 13, étant neutralisés, seuls ceux situés sous le plafond 21 demeurant opérationnels, de manière à obtenir une variation volumique utile du four 5. On veillera toujours à ce que le plafond 21 10 soit situé entre deux rangées de pulseurs 18 pour des questions d'étanchéité, la hauteur de la pile de bois étant calculée en conséquence. Dans une situation donnée du plafond, seuls les 15 clapets 18 situés au niveau du volume occupé par la pile de bois sont ouverts et les pulseurs correspondants en action. Ce système de réduction volumique qui permet de 20 traiter des charges de bois de volume inférieur au volume utile du four est rendu possible par la nouvelle conception du four telle que décrite. Comme le montre bien la figure 1, le four 5 est 25 jumelé avec d'autres fours de mêmes caractéristiques, alimentés à partir d'une même source de chaleur de manière à obtenir une différenciation de traitement, y compris thermique, et pouvoir ainsi traiter simultanément une autre 30 essence de bois ou une pile de bois de section différente. La différenciation peut aussi s'effectuer au niveau de la température de traitement. L'investissement sera nettement moins élevé que celui requis par la mise en place de fours jumelés selon l'art antérieur. Le four 5 qui vient d'être décrit prend place au sein d'une installation constituant également l'invention et qui est constituée par une centrale de co-génération (voir figure 2) autonome et 10 autosuffisante fonctionnant à partir de déchets de bois 1 à gazéifier ou à partir de tout autre moyen énergétique. A partir des déchets de bois 1, l'installation 15 comporte en série: - une centrale de gazéification 2, - un épurateur du gaz de bois 3, - une chaudière 4 fonctionnant au gaz de bois, ces premiers éléments 1, 2, 3, 4 étant situés à 20 l'extérieur du four 5. - un four 5 de traitement du bois à haute température en milieu inerte, une centrale 6 de récupération des gaz dans le four 5 lors du traitement du bois pour 25 renvoi en circuit fermé à l'épurateur 3 et recyclage. L'installation comporte en outre une centrale de récupération 7 de C02 généré dans la chaudière 4 30 pour envoi au four de traitement 5. Elle comporte également une centrale 8 de production de froid assurant une régulation complémentaire de la température du four, en cas de réaction exothermique du bois, par envoi d'un gaz inerte refroidi vers le four 5. Comme également visible sur la figure 2, 5 l'installation comporte un élément D producteur de chaleur et d'électricité, à partir d'un moteur à gaz A alimenté par l'épurateur 3 et/ou une turbine à gaz B alimentée pour l'épurateur 3 et/ou une turbine à vapeur C alimentée à partir de la 10 chaudière 4, l'énergie ainsi collationnée par l'élément producteur D étant redistribuée à la centrale de production de froid 8 pour alimenter le four 5 ou à la chaudière 4 pour alimenter notamment les résistances électriques complémentaires 20 de 15 chauffage et tous consommateurs électriques. Le fonctionnement de l'installation qui vient d'être décrite, s'effectuant à partir de la gazéification de déchets de bois est le suivant. 20 Les déchets de bois à gazéifier 1 sont mis à la centrale de gazéification 2. Le gaz produit est envoyé à la centrale d'épuration 3 pour purification. Il est ensuite envoyé pour alimenter 25 la chaudière 4 pour production de chaleur véhiculée par un liquide porté à 250 C/500 C, selon nécessité. Ce liquide, à l'intérieur de tuyaux 14 va chauffer l'intérieur d'un four 5 de traitement du bois à haute température, par l'intermédiaire de 30 chambres d'accumulation thermique 15, 16 équipées de pulseurs 18 fonctionnant comme sur la figure 1. L'atmosphère intérieure du four 5 est rendue inerte par le gaz de combustion de la chaudière 4 (C02), récupéré par la centrale de récupération 7 par compression, et envoyé dans le four 5. Dès lors, l'air ambiant dans le four de 5 traitement à haute température du bois est chassé et remplacé par le C02. A la température o le bois chauffé commence à produire du gaz, le mélange C02 - " gaz de bois " est récupéré par la centrale formant tampon pour être envoyé à l'épurateur 3, la 10 compensation en C02 propre, dans le four, s'effectuant à partir de la centrale 7. Ainsi, le mélange gazeux dans le four 5 est débarrassé de l'oxygène qui pourrait provenir du 15 bois et des produits gazeux émis par le bois lors de son traitement à haute température (entre 200 C et 2600C). A la fin, le C02 reste seul dans l'enceinte 12 20 et se trouve être réfrigéré pour le refroidissement de l'intérieur du four et de la charge de bois. Conjointement ou séparément, le gaz épuré peut alimenter un moteur à gaz A ou une turbine à gaz B 25 pour production centrale D de chaleur et d'électricité. Par ailleurs, à partir de la chaudière 4, on peut aussi, selon le cas, faire fonctionner une 30 turbine à vapeur C pour produire aussi de l'électricité (centrale D) La chaleur produite aux différents points de ce système peut être récupérée pour utilisation. Quant 35 au courant électrique généré, il servira à faire fonctionner les résistances électriques 20 à l'intérieur des chambres d'accumulation thermique 15, 16 à alimenter tous les éléments du four 5 qui requièrent de l'électricité pour fonctionner 5 (pulseurs, automation, compresseurs, pompes à vide, lumières, captations etc....) et alimenter une centrale de réfrigération 8 servant au refroidissement de gaz inerte qui sera envoyé, si nécessaire et par sécurité pour l'état du bois de 10 la pile, dans le four 5, en complément de la régulation de la température, en cas, notamment, de réaction exothermique de certaines essences de bois. L'hypothèse d'envoi d'eau réfrigérée ou non sous forme brumérisée n'est pas écartée si cela s'avère nécessaire dans le procedé de traitement. Dans ce cas, les brumérisateurs seront 20 installés dans les ouvertures 17 o sont placés les pulseurs 18. Enfin, tous les excédents d'énergie produite peuvent être utilisés à d'autres fonctions 25 (alimentation de séchoirs par exemple) ou être vendus, apportant un revenu supplémentaire au niveau de l'installation. REVENDICATIONS 1. Four (5) destiné au traitement du bois à haute température constitué d'une enceinte de traitement (12) à l'intérieur de laquelle est empilée une charge de bois (13) et est distribuée 5 une énergie calorifique par l'intermédiaire d'un fluide porté à température par des moyens de chauffage et de régulation (4) et véhiculé par des tuyaux de circulation (14), caractérisé en ce que les moyens de chauffage et de régulation (4) du 10 fluide sont disposés extérieurement au four (5) et en ce que les tuyaux (14) de circulation du fluide sont disposés dans au moins deux chambres d'accumulation thermique (15, 16) situées latéralement et en vis à vis de part et d'autre de 15 l'enceinte (12) et mises en communication avec celles-ci par des ouvertures (17) aptes à pulser l'énergie calorifique accumulée dans les chambres (15, 16). 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est un fluide inerte tel que l'huile. 3. Four selon l'une des revendications 1 ou 25 2, caractérisé en ce que les ouvertures (17) sont équipées de pulseurs (18) à vitesse variable et de clapets de fermeture disposés en vis à vis de part et d'autre des chambres d'accumulation (15, 16), lesdits pulseurs (18) tournant à l'inverse l'un de 30 l'autre, deux par deux, de manière à créer un effet de circulation en serpentin, entre les différents niveaux de la pile de bois (13). 4. Four selon l'une des revendications 1 ou 5 3, caractérisé en ce que les chambres d'accumulation thermique (15, 16) sont équipées en outre d'un système de réfrigération (19), fonctionnant alternativement à la chauffe durant la période de refroidissement du bois, successivement 10 à son chauffage, de manière à conférer audites chambres (15, 16), un double rôle, sans modification de leur structure. 5. Four selon l'une des revendications 1 à 4, 15 caractérisé en ce que les chambres d'accumulation thermique (15, 16) sont équipées en outre, de résistances électriques complémentaires (20). 6. Four selon la revendication 4 ou 5, 20 caractérisé en ce que des moyens de régulation déclenchent le système de réfrigération dès qu'on stoppe l'arrivée du fluide calorifique. 7. Four selon l'une des revendications 1 à 6, 25 caractérisé en ce que dans l'enceinte de traitement (12) est introduit du gaz carbonique (C02) pour chasser l'air ambiant chargé d'oxygène et les produits gazeux générés au cours du traitement du bois et créer ainsi un milieu d'atmosphère inerte, 30 le C02 étant produit extérieurement au four (5). 8. Four selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'enceinte de traitement (12) comporte un plafond mobile (21) actionné par l'intermédiaire de vérins, positionnable entre deux 5 rangées horizontales de pulseurs (18) et de clapets associés, ceux situés au-dessus du plafond (21), dans une position de celui-ci choisie en fonction de la hauteur de pile de bois (13), étant neutralisés, seuls ceux situés sous le plafond (21) 10 demeurant opérationnels, de manière à obtenir une variation volumique utile du four (5). 9. Four selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est jumelé 15 avec d'autres fours de mêmes caractéristiques, alimentés à partir d'une même source de chaleur de manière à obtenir une différenciation de traitement, y compris thermique, et pouvoir ainsi traiter simultanément une autre essence de bois ou 20 une pile de bois de section différente. 10. Installation pour la mise en oeuvre d'un four selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une 25 centrale de co-génération autonome et autosuffisante fonctionnant à partir de déchets de bois (1) à gazéifier ou autres moyens énergétiques et comportant en série: - une centrale de gazéification (2), 30 - un épurateur du gaz de bois (3), - une chaudière (4) fonctionnant au gaz de bois, ces premiers éléments (1, 2, 3, 4) étant situés à l'extérieur du four (5). - un four (5) de traitement du bois à haute température en milieu inerte, - une centrale (6) de récupération des gaz dans le four (5) lors du traitement du bois pour renvoi en circuit fermé à l'épurateur (3) et recyclage. 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une centrale de récupération (7) de C02 généré dans la chaudière (4) pour envoi au four de traitement (5). 12. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une centrale (8) de production de froid assurant une régulation complémentaire de la température du four, en cas de réaction exothermique du bois, par 20 envoi d'un gaz inerte refroidi vers le four (5). 13. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un élément (D) producteur de chaleur et d'électricité, 25 à partir d'un moteur à gaz (A) alimenté par l'épurateur (3) et/ou une turbine à gaz (B) alimentée pour l'épurateur (3) et/ou une turbine à vapeur (C) alimentée à partir de la chaudière (4), l'énergie ainsi collationnée par l'élément 30 producteur (D) étant redistribuée à la centrale de production de froid (8) pour alimenter le four (5) ou à la chaudière (4) pour alimenter notamment les résistances électriques complémentaires (20) de chauffage et tous consommateurs électriques. 14. Procédé pour la mise en oeuvre de 5 l'installation selon l'une des revendications 10 à 13.