Procédé d'incinération de boues.
La présente invention est relative à un procédé d'incinération de boues industrielles ou urbaines.
Les boues traitées par le procédé d'incinération proviennent de stations d'épuration d'eaux résiduaires ou usées. Au préalable, les boues sont épaissies et ensuite
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par recirculation avec des cendres afin de subir l'opération consistant à réduire fortement leur teneur en humidité, sans pour autant éliminer leur matières organiques volatiles. Ces opérations d'épaississement consistent généralement en une filtration ou une centrifugation.
Le nouveau procédé est particulièrement intéressant dans le traitement des boues qui présentent dans le temps
des variations importantes de pouvoir calorifique rapporté
au kilo de matières sèches. Le nouveau procédé est tout spécialenent valable pour traiter des boues dont la teneur en matières combustibles est élevée et dont les cendres sont à bas point de fusion par exemple 700[deg.]C.
Le procédé d'incinération des boues est applicable dans une enceinte de traitement comportant deux zones superposées, la zone supérieure servent d'abord à.la
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Dans la zone supérieure de pyrolyse, on chauffe les boues pour les sécher et pour volatiliser et décomposer leurs matières organiques volatiles. Simultanément,
on produit avec un défaut d'air, la combustion d'une partie de ces matières organiques volatilisées et décomposées. De la sorte, on extrait de la zone supérieure de pyrolyse, d' une part, des gaz chauds non oxydants contenant la vapeur d'eau, les matières organiques non oxydées et les produits
de la combustion susdite, et d'autre part, les boues pyrolysées constituées de résidus solides contenant du carbone fixe.
Dans la zone inférieure d'incinération, on produit avec un excès d'air, la combustion de la totalité du carbone fixe des résidus solides précités, sans produire
la fusion de ces résidus, en sorte d'extraire de cette zone inférieure d'incinération, d'une part, des gaz chauds oxydants, et d'autre part, des cendres.
Dans les procédés d'incinération connus de ce genre, on fait circuler la totalité des gaz chauds oxydants issus de la zone inférieure d'incinération, à travers la
zone supérieure de pyrolyse dans laquelle ces gaz restent oxydants. De ce fait, on extrait de l'enceinte de traitement que des cendres à la base de la zone d'incinération et que des gaz chauds oxydants au sommet de la zone de pyrolyse..- <EMI ID=3.1>
divers inconvénients.
Dans la zone de pyrolyse des cas connus, l'at-
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tations difficilement contrôlables des températures provoquent des fusions locales et forment ces agglomérés dans le masse des boues.
Dans la zone d'incinération des cas connus, l'etmosphère est très oxydante et les gaz chauds et oxydants
sont forcés ensuite à passer complètement dans la zone de pyrolyse, ce qui provoque aussi des emballements des réactions d'oxydation et des élévations brusques et incontrôlables des températures. Il en résulte encore des fusions locales et la formation de cendres agglomérées contenant
une quantité notable de carbone non brûlé.
En outre, dans les cas connus, un volume important de gaz chauds oxydants sort de la zone de pyrolyse et nécessite, suivant certains codes d'environnement)une installation importante de postcombustion de ces gaz, dont les besoins calorifiques,sont élevés étant donné le grand excès d'air (755� minimum) pour cette postconbustion. D'autre part, en absence d'installation de postcombustion et dans le cas plus particulier où les boues ont un pouvoir calorifique élevé, l'instabilité des réactions dans l'enceinte peut provoquer pendent certaines périodes, une sortie à l'air libre de
gaz imbrûlés et engendrer des problèmes d'environnement.
L'objet de l'invention actuelle est un nouveau procédé d'incinération des boues permettant de remédier
aux inconvénients précités des cas connus.
A cet effet, selon le nouveau procédé, on extrait au moins partiellement les gaz chauds oxydants hors de la
zone d'incinération, sans les faire traverser la zone de pyrolyse et on les admet ensuite dans les gaz chauds non oxydants extraits à leur tour hors de cette zone de pyrolyse.
i Ainsi, dans le nouveau procédé, on peut contrô-
ler aisément les réactions chimiques surtout dans la zone de pyrolyse pour les modérer. En d'autre termes, on contrôle mieux les réactions dans la zone d'incinération et surtout
dans la zone de pyrolyse. A la sortie de la zone de pyrolyse, on obtient des résidus poreux libérés de toutes les matières organiques volatiles et contenant le carbone fixe, tandis qu'a la sortie de la zone d'incinération, on produit des cendres qui sont libérées de tout carbone fixe et qui sont particulièrement friables.
En outre, par rapport aux procédés conventionnels,, on conduit bien plus facilement l'opération d'incinération,
on en augmente le rendement thermique par réduction possible
du débit d'air total, et on accroît la capacité d'incinération pour un équipement donné.
De plus, avec le nouveau procédé, on peut traiter des boues dont le pouvoir calorifique est élevé et/ou va- riable, contrairement aux cas connus.
Selon une particularité économique du nouveau procédé d'incinération, on chauffe les boues dans la zone <EMI ID=5.1>
tiares organiques volatilisées et décomposées, et d'autre part, par admission de la partie des gaz chauds oxydants provenant de la zone d'incinération et non canalisés di- rectement dans le flux des gaz chauds non oxydants sortant de la zone de pyrolyse. De la sorte, on bénéficie de la chaleur sensible et du pouvoir oxydant de ces gaz provenant
de la zone d'incinération pour contrôler les réactions d' oxydation surtout dans la partie inférieure de la zone de pyrolyse.
D'autres détails et particularités de l'invention apparaîtront au cours de la description et du dessin annexé
au présent mémoire qui représente schématiquement et à titre d'exemple seulement une forme de réalisation de l'in- vention.
La figure unique est une coupe axiale en élévation d'une installation permettant d'appliquer le procédé selon l'invention.
L'installation représentée sert à incinérer des boues industrielles ou urbaines.
En substance, l'installation comprend une enceinte de traitement 1 qui est délimitée par une paroi latérale cylindrique 2, un fond 3 et un couvercle 4 et qui est portée par des piliers 5.
L'enceinte de traitement 1 comporte un arbre ro- tatif vertical 6 qui s'étend axialement sur toute sa hauteur. L'arbre 6 monté dans des paliers non représentés traverse le fond 3. L'arbre 6 est commandé intérieurement par un moteur électrique 7 et est entraîné par des moyens de trans- <EMI ID=6.1>
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et d'un pignon denté correspondant 9 fixé sur l'arbre du moteur 7.
L'enceinte de traitement comprend en outre des soles fixes annulaires et superposées 10 et 11. Les soles
10 s'étendent de la paroi latérale 2 jusqu'à une distance déterminée et relativement courte de l'arbre 6. Les soles 10 délimitent donc'horizontalement des passages annulaires internes 12 avec l'arbre 6. D'autre part, les soles 11 s'étendent à leur tour du voisinage de l'arbre 6 jusqu'à une distance déterminée et ausci relativement courte de la paroi latérale 2. Les soles 11 forment ainsi horizontalement avec les parois latérales 2, des passages annulaires externes 13. Les soles 10 et 11, respectivement les passages 12 et 13, sont donc disposés alternativement en hauteur dans l'enceinte de traitement 1.
Lors de sa rotation, l'arbre 6 entraîne des racleurs 14 et 15 déplacés respectivement au-dessus des soles
10 et 11 et près de la face supérieure de ces soles 10 et
11. Les racleurs 14 et 15 sont montés respectivement sur des bras d'entraînement 16 et 17 fixés à l'arbre 6.
En service, l'enceinte de traitement 1 est traversée de haut en bas par des boues à incinérer. , Ces boues sont introduites dans l'enceinte de traitement 1 à travers un dispositif d'admission 18 prévu dans le couvercle 4.
Dans l'enceinte de traitement 1, les boues tra- versant le dispositif d'admission 18 tombe sur la sole supérieure 10 sur laquelle elles sont ramenées progrès- sivenent par les racleurs supérieurs 14 vers l'arbre 6.
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terne supérieur 12 et tombent alors sur la sole supérieure 11. Les boues sont déplacées sur la sole 11 par les racleurs supérieurs 15 pour être ramenées progressivement vers la paroi latérale 2. De ce fait, les boues sont forcées à traverser le passage externe supérieur 13 et tombent sur la deuxième sole 10. Les boues sont ainsi véhiculées pour être déversées successsivement d'une sole à l'autre et alternativement dans les parties centrale et phériphérique de l'enceinte de traitement 1, et cela jusque sur
le fond 3.
L'enceinte de traitement 1 est divisée théoriquement ou pratiquement en deux zones superposées communiquant entre elles par un passage interne intermédiaire
12 et par une ouverture 19 aménagée dans la sole 10 correspondante ou dans une cloison analogue. Les deux zones en question sont séparées par la ligne fictive 20 dessinée en traits interrompus.
La zone supérieure 21 sert à la pyrolyse des boues, tandis que la zone inférieure restante 22 sert à l'incinération de ces boues.
Dans la zone supérieure de pyrolyse 21, les boues sont soumises à un chauffage progressif et modéré qui a pour but de les sécher et d'en dégager les matières organiques volatiles. Il se forme donc essentiellement dans la zone de pyrolyse 21 : - de la vapeur d'eau due à l'humidité des boues
- des matières organiques volatilisées et non décom- . posées
- des produits de décomposition des matières organi- ques volatilisées
En outra, un partie des matières organiques volatilisées et décomposées subit une combustion, c'est-à-dire une oxydation, sous l'effet d'un flux d'air qui est éventuellement chauffé de manière réglable et qui est admis suivant un débit réglable mais en défaut, à travers une conduite d'amenée 23 débouchant dans la partie inférieure de la zone de pyrolyse 21. Le débit d'air en défaut est inférieur à celui qui serait stoechiométriquement nécessaire pour obtenir la combustion complète des matières organiques volatilisées et décomposées.
Grâce au double contrôle de la température et
du débit d'air en défaut introduit dans la zone de pyrolyse
21, on peut contrôler les réactions d'oxydation des matières organiques et la répartition des températures dans cette zone de pyrolyse 21.
De la sorte, dans la zone de pyrolyse 21, les boues sont séchées et perdent totalement leurs matières organiques volatiles sous l'effet d'un chauffage dû essentiellement à la combustion d'une partie de ces matières organiques. Dans la zone de pyrolyse 21, il se forme donc une phase gazeuse non oxydante constituée essentiellement de vapeur d'eau, d'une partie des matières organiques volatilisées et des produits de la combustion de la partie restante de ces matières organiques. Ces gaz chauds non oxydants sont extraits de la zone de pyrolyse 21 à tra-
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boues séchées et libérées de toutes leurs matières organiques volatiles forment des résidus solides particulièrement poreux et non agglomérés par des fusions partielles locales, ces résidus contenant le carbone fixe
des boues.
Dans la zone d'incinération 22, les résidus poreux qui proviennent de la zone de pyrolyse 21 et qui tombent à travers le passage interne 12 et l'ouverture 20, sont soumis à un chauffage progressif et intensif qui sert à produire la combustion complète du carbone fixe. A cet effet, les résidus poreux sont mis en contact avec ur- flux d'air qui est introduit à la base de la zone d'incinération
22, suivant un débit réglable mais en excès, à travers une conduite d'amenée 25. Le flux d'air injecté dans la zone d'incinération 22 préalablement chauffée provoque la combustion du carbone fixe, l'exothermicité de cette réaction produisant l'apport calorifique nécessaire à la répartition des températures dans cette zone d'incinération 22.
Le débit d'air en excès est supérieur au débit stoechiométrique précité.
Grâce eu double contrôle de la température et du débit d'air en excès admis dans la zone d'incinération 22, on peut aussi contrôler les réactions d'oxydation du carbone fixe et le dégagement de chaleur y afférent.
Ainsi, dans la zone d'incinération 22, les résidus perdent leur carbone fixe et se transforment en cendres non agglomérées par des fusions partielles locales. Les cendres sont évacuées de la zone d'incinération 22 par le racleur inférieur qui les ramène sur le fond 3 en regard d'une conduite d'évacuation 26. D'autre part, une grande partie des gaz chauds oxydants engendrés dans la zone
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azote et d'air en excès sont extraits de cette zone, à travers une conduite d'extraction 27 partant latéralement de la partie supérieure de cette zone d'incinération 22. La partie restante des gaz chauds oxydants traverse le passage interne 12 et l'ouverture 20 et pénètre dans la zone de pyrolyse 21 dans laquelle elle agit pour oxyder localement des matières organiques volatilisées et décomposées des boues. Il est à noter qu'en contrôlant le débit d'air
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des gaz chauds oxydants extraits par la conduite d'extraction 27 hors de cette zone d'incinération 22, on contrôle indirectement mais efficacement le débit des gaz chauds oxydants passant dans la zone de pyrolyse 21.
Selon l'idée inventive du nouveau procédé, le débit des gaz chauds oxydants extraits de la zone d'incinération 22 à travers la conduite d'extraction 27 sont
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culant dans la conduite d'extraction 24. Ensuite, le mélange de ces gaz est amené par une conduite commune 28 dans une chambre de postcombustion 29 connue en soi pour assurer la combustion complète des éléments réducteurs de ce mélange, c'est-à-dire en fait des matières organiques volatilisées rais non encore brûlées des gaz sortant de la zone de pyrolyse 21.
Dans l'exemple décrit, les gaz chauds oxydants produits dans la zone d'incinération 22 en sont extraits en deux fractions dont l'une beaucoup plus importante
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fraction négligeable de ces gaz passe dans la zone de pyrolyse 21.
Le procédé d'incinération décrit ci-dessus est prévu pour traiter des boues industrielles ou urbaines, mais est aussi applicable à certains déchets industriels combustibles.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement linitée à la forme de réalisation représentée et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation à condition que
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objet de chacune des revendications suivantes.