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Procède pour 1' Incinération de combustible? solides., et spéciale- ment d'ordures, dans un four et dispositif pour la mite en oeuvre de ce procède.
L'invention concerne un procédé pour l'incinération de combustibles solides, et spécialement d'ordures, consistant à recycler une partie des fumées en les *spirant dans le carneau de fumées et en les soufflant dans la zone de combustion;
ce procède s'applique notamment à un type de four comportant un foyer dont la partie inférieure est équipée d'une grille à air souffle et dont la partie supérieure est reliée par un carneau à un échan- geur de chaleur*
Une telle recirculation de fumées dans la zone de com- bustion est connue avec le but d'obtenir une combustion de gaz, c'est-à-dire que les gaz combustibles restant.
dans les fumées éven- tuellement mélanges avec de l'air frais sont ainsi brûlas dans le
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four et, par conséquent, .la température dans ce four est augmenta La présente invention cependant a pour but l'effet inverse, c'est-à-dire une réduction de la température de combustion sur la couche de combustible sur griller le but de l'invention est égale- ment d'éviter les risques de blocage des grilles et de dégâts aux grilles et au revêtement réfractaire ainsi que d'obtenir une incinération satisfaisante malgré les difficultés dues, spéciale- ment dans le cas d'incinération d'ordures, principalement à la fusion ou au collage des mâchefers,
difficultés qui sont en augmen- tation étant donné l'évolution des caractéristiques dos ordures : la proportion de cartons., papiers et autres emballages combusti- bles augmente, tandis que la proportion de résidus de cuisines décroît, et qui.. pour conséquence une diminution de la teneur en humidité des ordures) de plus, la teneur en cendres et mâchefers provenant de poêles domestiques ou d'installations de chauffage central est également décroissante* il est évident que lorsqu'on brûle des combustibles solides, personne ne désire une température de four si élevée que les mâchefers fondent et bloquent les ouvertures de la griller en outre,
une température excessive peut provoquer le collage des mâchefers au revêtement réfractaire du four, les barreaux des grilles peuvent être endommagés par combustion ou évacues avec les mâchefers. Des inconvénients de ce genre ont déjà été rencon- trée dans l'incinération des ordures, mais l'évolution des carac- téristiques des ordures a beaucoup aggravé ces conditions au cours des dernières années, car le pouvoir calorifique des ordures a augmenté d'environ 50 et, en mime temps, le point de fusion des cendres s'est trouvé décroître.
Alors que nous pouvions précédem- ment travailler avec une température dans le four d'environ 1050 C, nous sommes limités maintenant pour la raison précités à environ 950 C, ce qui est difficile étant donné le fort pouvoir calorifique des ordures. On désire donc par conséquent faire des adaptations spéciales pour réduire la température de combustion des ordures reposant sur la grill .. ;
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Dans ce but et lors de la combustion d'ordures avec une haute teneur en carbone, il est connu de recirculer une certaine @ quantité de fumée depuis le carneau sortant du four et de la souffler sous la grille en même temps que l'air de combustion normal. Lors de son passage de bas en haut à travers la couche en combustion, l'anhydride carbonique contenu dans les fumée* sera réduit en oxyde de carbone sous l'effet de la chaleur, cet oxyde de carbone étant à nouveau détruit par formation d'anhydride carbo- , nique dans les couches supérieures.
En conséquence, il n'y a aucune perte de chaleur, mais la température dans la couche de combustible ' en feu, et spécialement dans la partie inférieure de cette couche, est abaissée* Ainsi, les inconvénients déjà mentionnés en ce qui . , concerne les mâchefers fondus ou collés et les dommages causés à la grille sont évites ou considérablement réduits.
Cette méthode présente cependant l'inconvénient que les fumées introduites dans la chambre de soufflage sous la grille doivent être amenées à la pression qui règne dans cette chambre, ce qui exige une certaine consommation d'énergie et comme ces tuâmes sont alors en surpression, il est difficile d'éviter qu'elles ne s'échappent et polluent les zones environnantes.
Les inconvénients résultant de la nécessité de porter les fumées recirculées à une pression relativement élevée et le risque d'échappement de fumées dans les environs du four sont évitas par le procédé faisant l'objet de la présente Invention,, qui consiste à prélever des fumées ayant passé à travers l'échan- geur de chaleur et à les injecter dans le foyer à un niveau situé immédiatement au-dessus du combustible reposant sur la grille.
La consommation d'énergie pour la soufflage sous pression est par conséquent évitée; en effet,, une dépression d'environ 10 mm de colonne d'eau est normalement observée au-dessus du com- bustible et pour porter les fumées recyclées à cette pression, à partir de la pression régnant dans le carneau qui est seulement légèrement inférieure, on a besoin simplement d'une quantité très modérée d'énergie. De plus, tous les risques d'émanation de fusses
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sont évités,
car la recirculation se fait sous pression négative* Par cette méthode l'abaissement de la température se fait d'une tout autre manière que lorsque l'on soufre les fumées sous la grille; en effet, dans ce dernier cas, l'abaissement de température est dû principalement à la réduction de l'anhydride carbonique en oxyde de carbone alors que, par le procédé selon la présente invention, les fumées recyclées qui sont l'une température relativement froide après le passage dans l'échangeur de chaleur, par exemple de l'ordre de 200*C, sont Injectées au-dessus de la couche de combustible;
elles refroidissent donc la surface de celui-ci et provoquent, par conséquent, une réduction de la tempé- rature de combustion dans la couche, cet effet pouvant être accompagné par une réduction momentanée de la teneur en CO2 des fumées qui sera normalement de 8 à 12 pour-cent.
On a constate que la réduction de température obtenue par ce procédé dans les incinérateurs dans lesquels le combustible forme une couche relativement mince a été parfaitement suffisante pour éviter les inconvénients provoqués par le haut pouvoir calori- fique et l'évolution des caractéristiques des ordures; de plus, le rendement de 1' installation en ce qui concerne l'échangeur de chaleur, par exemple la chaudière, n'a pas été réduit.
De façon à amener les fumées recyclées le plus directe- ment possible en contact avec la couche de combustible, on peut, dans un tour ou les fumées s'écoulent dans le foyer en balayant la surface du combustible, souffler les fumées recyclées tangen- tiellement à l'écoulement naturel dans le foyer, de telle façon que les fumées soufflées forment immédiatement un bon mélange avec les fumées balayant la surface de la couche de combustible.
Dans le cas d'un four conçu de telle façon que le com- bustible reposant sur la grille est conduit depuis l'entrée dans le four le long de la grille jusqu'à un puits à cendres placé ,après celle-ci, le séchage et l'allumage éventuel se faisant dans une première zone et la combustion dans la partie suivante de la grille, les fumées recyclées pourront, selon la présente invention, .
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être Introduites ;.t'2:1& ,É, ":C)I!".t duo (:0.r11",,\1 s"'sF,i k ,% , @ -4 a' , du sens d''::::Vh1.(,",:(.nt du N4i111.11<e8..l.tJ.,l4y le J\,:
d:..1.:. ;-',Í'.':rLi' s* celui-ci Toujours selon la présente invention, le .'¯,â,a'$ . cependait être iJ.U::.;1 conduit de façon que la plus S1:'i1ndt! piu-tif. des 1\1r.%6oc recyclées soit soufflée le 3nrß do le ,,: 'f,....I:H:,i W: # " , tible dans le at'ao sens que Ica fusées de lue. en..! de o#t.o .'. soit ÔVilCUt,$\1 avec celles-ci par le cameisu ù'âv.cz,a1 t'1.:ú',; ' lu petite fraction restante des t\u.16os rucycldcs 8 .:.1-:J:';,.. : avec les gaz venant de la zone de séchage et d'allumage et 4 â avec ceux-ci 1m:.Jdia t (::1l en t au cametu d'évacuation sans p:.,.ç= par la zone de c:ttbust1on.
Par cette méthode on obtiont un dl) :'1'1 bu t, c'est-à-dire qu'on réduit d'une part la tcnp6ravare do com- bustion dans la couche de combustible en combustion reolle et d'autre part,, on augmente 14 température des gas venant da la zone de s'chage et d'allumage, de façon à accélérer la combustion de ces gaz, ajoutant ainsi aux effets de l'invention celui obtenu par les procédés connus do recirculation de fumées dans le foyer.
Selon la présente invention, le soufflage des fusses dans le foyer peut se faire sur toute la largeur ou sur la plus grande partie de la largeur du four* Ainsi on peut assurer une répartition uniforme des pas soufflés sur toute la surface de la couche de combustible.
Tandis que lorsqu'on désire compléter une combustion primaire incomplète et, par conséquent, atteindre une plue hute température, on souffle de l'air secondaire réchauffé en mélange avec les ramées, on peut aussi considérer que dans des fours où la combustion primaire est essentiellement complète, on peut, dans le cadre de l'invention, diluer les fumées recyclées avec de l'air frais.
Comme dans le cas présent, la température des fumées recyclées est réduite et comme la combustion primaire du combustible est essentiellement complète, l'effet de refroidisse- ment est augmente* Il est vrai qu'en même temps on obtient une certaine réduction du rendement, mais dans certains cas il peut être plus important de réduire la température de combustion dans la. couche de combustible que de maintenir le plus haut rendement possible.
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Il est clair que la température de combustion dans la couche do combustible ne doit pas être diminuée au-dessous de ce qui est nécessaire pour éviter la fusion des mâchefers et cendres.
Pour cette raison, suivant l'invention, le débit de fumées recy- clées peut être réglé automatiquement suivant la température dans le carneau du four avant l'échangeur. Ainsi, le débit de fumées recyclées et, par là même, l'effet correspondant de refroidisse- ment, peuvent Être adaptas aux caractéristiques et au pouvoir calorifique du combustible alors en combustion dans le foyer.
Conjointement au procédé faisant l'objet de l'invention, celle-ci comporte diverses dispositions de fours pour la mise en oeuvre de ce procède ces dispositions peuvent être réalisées séparément ou en combinaison.
L'invention supplique par exemple à un type de four constitué par un foyer comportant des parois, une voûte et, à la partie inférieure, une grille mécanique, par exemple une grille à gradins à air souffle, suivie d'un puits à mâchefers, ce foyer étant relié à un carneau raccordé à la cheminée avec interposition d'un échangeur de chaleur;
pour mettre en oeuvre le procédé faisant l'objet de l'invention dans un tel four, une ou plusieurs parois du foyer sont munies d'un ou plusieurs orifices de soufflage incli- nés vers le bas et situes à un niveau un peu supérieur à la hauteur normale de la couche de combustible située sur la grille vis-à-vis de l'ouverture considérée; ces ouvertures sont reliées au refoulement d'un ventilateur ou de tout autre dispositif de soufflage dont l'aspiration est reliée au cameau de fumées en un point situé après l'échangeur.
La régulation automatique de température est obtenue par action sur la vitesse du Ventilateur ou sur la position d'un registre disposé dans la conduite d'aspiration au moyen d'un organe de régulation asservi à la température mesurée par une prise située dans le cameau de fumées entre foyer et échangeur.,
D'autres détails d'exécution de fours pour la mise en oeuvre de l'invention sont donnés plus loin et représentés à titre
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d'exemple sur les figures 1, 2 et 3.
La figure 1 représente une coupe verticale longitudina- le du tour suivant un premier mode de réalisation.
La figure 2 représente une coupe horizontale suivant la ligne II-II de la figure 1.
La figure 3 représente la coupe verticale longitudinale du four suivant un second mode de réalisation dans lequel le foyer à grilles à gradins est suivi d'un four rotatif.
Le four dans ses caractéristiques générales est disposé comme un incinérateur classique d'ordures,; il comporte une chambre fermée (2) constituant le foyer relié à un carneau (1) et muni a sa base d'une grille a gradins inclinés (3), en communication avec un puits à mâchefers (4) ferme. Le foyer (2) est muni à sa partie supérieure d'une trémie à remplissage par gravité (6) com- portant un registre coulissant (5) pour le combustible et/ou les ordures (7); ces derniers reposent sur le gradin supérieur de la . grille d'où ils sont distribués en couches vers les gradins sui- vants. La grille ost une grille mécanique à barres à mouvaient alternatif avant-arrière ou de tout autre type connu.
Un ventila- teur (3) disposa dans la salle située au-dessous de la grille refoule l'air de combustion sous la grille. Un échangeur de cha- leur (9),par exemple une chaudière, est intercalé sur le trajet du carneau (1) pour récupérer la chaleur des flunées avant leur évacuation par la cheminée. A leur entrée dans le four, les ordures sont normalement assez humides; elles sont soumises à un séchage important au cours de leur trajet sur la partie supérieure de la grille de sorte que la combustion véritable se produit principale- ment sur la partie inférieure de la grille.
Les figures 1 et 2 représentent un premier dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention, suivant lequel le mur (10) du foyer disposé face à l'extrémité inférieure de la grille (3) comporte un certain nombre d'ouvertures d'injection (11) réparties d'un bout 4 l'autre du mur, ces ouvertures communiquant avec un canal (12) qui s'étend à l'extérieur le long du mur (10). Ce canal
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est relié par la conduite (13) au refoulement d'un ventilateur (14), dont l'aspiration est reliée par une conduite (15) au carneau (1) en un point (16) placé en aval de l'échangeur de cha- leur (9).
La vitesse de rotation du ventilateur (14) est asservie par l'intermédiaire du dispositif régulateur (19) et de la liaison (18) à la température mesurée à la prise de température (17) dis- posée dans le carneau en amont de l'échangeur de chaleur (9);la température à la prise (17) étant elle-m&ae fonction de la tempé- rature moyenne du foyer., on obtient ainsi un réglage de cette dernière.
Pendant la marche de ce four, le combustible brûle exclusivement au moyen de l'air de combustion soufflé sous la grille et les fumées produites par la combustion s'élèvent dans le foyer et s'en échappent par le carneau (1). Avant d'être ainsi évacuée du foyer, une partie de ces fumées tourbillonne comme indi- qué par les flèches (A) da la figure 1, de sorte qu'un courant de fumées s'écoule au-dessus de la couche de combustible le long de celle-ci.
Les fumées préalablement refroidies dans l'échangeur de chaleur (9) puis injectées dans le foyer par les ouvertures (11) se joignent comme indiqué par la flèche (B) de la figure 1 au courant de fumées qui s'écoule au-dessus de la couche de combusti- ble, provoquant ainsi un refroidissement de celle-ci en surface.
Malgré l'abaissement de la température sur la couche de combustible, l'accroissement de la vitesse des fumées dans l'échangeur de cha- leur (9) fait que la quantité de chaleur récupérée par le dit échangeur ne diminue pas considérablement par rapport au procédé habituel suivant lequel le foyer fonctionne à une température plus élevée et avec les inconvénients que cela comporte. Le bilan économique d'utilisation de la chaleur suivant l'invention s'avère dans la pratique tout aussi avantageux qu'avec les procédés antérieurs d'incinération.
Au lieu d'agir sur la vitesse du ventilateur (14), le régulateur (19) peut commander un registre pivotant disposé dans la tuyauterie d'aspiration (15).
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Des variantes peuvent être apportées au dispositif
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décrit ci-deseuc pour la aise en oeuvre de l'invention C'eat Ainsi ; que les ouvertures d'injection des gaz brûlés, reoiycua dans le foyer peuvent titre reparties sur plusieurs des paroi* du foyer, à
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tous emplacements convenable au-dessus de la couche de 'OQmbuDt1" :
ble. 1 ,...t± "
La figure 3 représente un deuxième dispositif pour la mise en oeuvre do l'invention, applique à un tour comportant un
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four rotatif (20) Interposé à la suite de lu grille entre celle-ci et le carneau (1) les ordures ou mstieres coat?U8tibles venant de la grille à gradins (3) traversent ce four rotatif (20) où elles Achèvent de brûler; à l'entrée du carneau' (1), les mâche-
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- , i.v.. **<* ." fers et cendre., résidus de 1a combustion, tombent de48 lo puits à mâchefers (4) ;Iacd eu-docsous de la sortit , J .J' .
##s.v. '1\ k.'," y ' \jf) Le foyer est rel\4 au carneau de 1'U:I$,i"(1r'4'une part à sa partie inférieure par le four rotatif, d'autre part 4 sa . partie supérieure par le carneau de by-pass (ai). 0e mêae que dans la disposition décrite plus haut, le sur (10) du foyer disposa face à 1' extrémité inférieure de la grille à gradins (3)
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comporte des ouvertures d'injection (11) co#mun1t'avGo le canal extérieur (12);ce dernier reçoit par l'intermédiaire de la conduite (13) les fumées soufflées par le ventilateur (14)le
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ventilateur (14) lu1-rd:l1e est relié par la conduite d'aspiration (15) au carneau (1) en un point (16) placé après la chaudière (9).
De même) dans cette disposition., la vitesse de rotation du venti- lateur (14) est asservie la température dans le carneau avant la chaudière (9) au moyen de la prise de température (17) reliée
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par la liaison (18) du régulateur (19). '", '
Avec cette disposition, la plus grande partit des . fumées injectées par les ouvertures (11) découle suivait les
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flèches (C), au-dessus de la couche d'ordures située <?? le gradin inférieur de la grille et dans le sens de l'éooulêaent des ordures sur la grille, puis passe à travers le four rotatif, (20) d'où 'elle
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parvient dans le carneau (1) tandis que la peste 4e< fumées .
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injectées s'écoule suivant la flèche (D) dans la partie -supérieure du foyer (2) d'où elles passant dans la conduite de by-pass (21) qui les amène au'cameau (1); en outre, les fumées suivant le trajet de la flèche (D) se mélangent dans la partie supérieure du foyer aux gaz incomplètement brûlée provenant des grilles.
Nous avons ainsi obtenu un double résultats d'une part,, les fumées recyclées qui s'écoulent le long et au-dessus du combustible en combustion sur le gradin inférieur de la grille et dans le four rotatif diminuent la température de combustion en ces points; d'autre part, les fumées injectées qui se mélangent avec les gaz incomplètement brûles dans la 'partie supérieure du foyer provoquent un réchauffement de ces gaz relativement froids et accélèrent ainsi leur combustion; en môme temps, les produits de cette combustion sont extraits du foyer par la conduite de by-pass et leur chaleur sera utilisée à la chaudière (9) sans causer au- cune perturbation dans le refroidissement du combustible enflammé.
Cette dernière disposition peut, elle aussi, comporter diverses variantes de mise en oeuvre tout en restant dans le cadre de l'invention, notamment les variantes indiquées à l'occasion de la description du premier dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention.