FR2907884A1 - Procede de traitement thermique d'un materiau, notamment du bois, et unite de traitement thermique mettant en oeuvre un tel procede - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de traitement thermique d'un matériau dans un four (4), procédé utilisant les gaz de combustion fournis par au moins un brûleur (5) associé à un foyer (6). Ce procédé est caractérisé en ce qu'on prévoit une première étape de condensation des gaz de combustion entre leur sortie du foyer (6) et le four (4), condensation permettant d'éliminer une partie des poussières contenues dans les gaz de combustion.L'invention a également pour objet une unité de traitement mettant en oeuvre un tel procédé.Le procédé est plus particulièrement applicable au traitement thermique du bois.

Description

1 Le domaine technique de l'invention est celui des procédés de traitement

thermique d'un matériau dans un four, et plus particulièrement de celui des procédés de traitement d'un matériau organique tel que le bois.

Il est classique de faire subir à des matériaux organiques des traitements thermiques afin par exemple de les déshydrater ou bien de leur conférer certaines propriétés. Plus particulièrement il est connu de faire sécher le bois dans des fours portés à une température de l'ordre d'une centaine de degrés. Il est connu aussi de faire subir au bois d'oeuvre des traitements thermiques à des températures comprises entre 120 C et 230 C. Ces traitements ont pour but d'éliminer du bois différents composés organiques volatils ce qui permet d'améliorer la conservation ultérieure du bois et évite notamment son pourrissement et son attaque par les insectes. La température et la durée du traitement thermique dépendent de l'essence de bois considéré et de son taux d'humidité.

Une des difficultés d'un tel traitement est qu'il doit être conduit dans un four présentant une atmosphère pauvre en oxygène (taux d'oxygène inférieur à 5% en masse). En effet un taux supérieur conduirait à une auto inflammation du bois chauffé.

Il est nécessaire par ailleurs de piloter le refroidissement du bois après le traitement avec également un taux d'oxygène réduit afin d'éviter une prise de flamme. Les procédés connus utilisent les gaz de combustion d'une chaudière fonctionnant au gaz, au fioul ou bien au bois.

On est ainsi assuré d'obtenir un taux d'oxygène réduit. Cependant les gaz de combustion véhiculent des imbrûlés et des poussières chaudes qui peuvent conduire à une inflammation du bois et qui imprègnent celui- ci et nuisent à sa qualité ainsi qu'à sa valeur marchande ultérieure. Les poussières et résidus solides sont notamment particulièrement abondants lorsque le combustible est lui-même le bois. Le brevet US3675600 décrit un procédé de traitement connu dans lequel on prévoit différentes chambres dans lesquelles 2907884 2 circulent les gaz de combustion avant d'être conduits au four lui-même. Ces chambres permettent d'incinérer les impuretés à haute température ce qui permet de les éliminer du courant de gaz 5 utilisé. Ce procédé présente des inconvénients. Tout d'abord l'élimination des impuretés est incomplète et dépend du nombre de chambres de post-combustion ainsi que du taux d'oxygène dans ces chambres.

10 Il est par ailleurs difficile de maîtriser avec ce procédé le taux d'oxygène du gaz qui est produit. En effet une admission d'air frais est nécessaire pour permettre l'élimination par combustion des différentes impuretés ce qui augmente le taux d'oxygène du courant gazeux 15 qui est produit et risque de conduire à une inflammation du bois à traiter. Ce procédé enfin ne permet pas d'utiliser d'une façon optimale l'énergie calorifique qui est produite. En effet la multiplication des chambres de post combustion conduit à des 20 pertes de chaleur. On a également proposé dans le brevet US4888884 d'opérer un filtrage du gaz de combustion en aval du four. Un tel filtrage est combiné à une recirculation des gaz de combustion en circuit fermé et il permet donc de maîtriser le 25 taux d'oxygène du gaz mis en œuvre. Cependant un filtrage en aval ne permet pas d'éliminer les particules avant leur introduction dans le four, la qualité du matériau obtenu avec un tel traitement n'est donc pas satisfaisante.

30 On notera également que le traitement décrit dans ce brevet est plus particulièrement destiné au traitement de matériaux semi-pulvérulents, tels que des copeaux de bois. Il est difficilement transposable au traitement de matériaux encombrants tels que des planches ou des billes de bois.

35 L'invention a pour but de proposer un procédé de traitement thermique permettant d'une part d'éliminer les particules véhiculées par les gaz de combustion et d'autre 2907884 3 part de maîtriser également le taux d'oxygène des gaz mis en œuvre. Le procédé selon l'invention permet par ailleurs d'optimiser l'utilisation de l'énergie mise en oeuvre. Il peut 5 fonctionner ainsi d'une façon continue et permet le traitement de gros volumes de bois. Ainsi l'invention a pour objet un procédé de traitement thermique d'un matériau dans un four, et notamment d'un matériau organique tel que le bois, procédé utilisant les gaz Io de combustion fournis par au moins un brûleur associé à un foyer, procédé caractérisé en ce qu'on prévoit une première étape de condensation des gaz de combustion entre leur sortie du foyer et le four, condensation permettant d'éliminer une partie des poussières contenues dans les gaz de combustion.

15 La première étape de condensation sera suivie par une étape de surchauffe des gaz de combustion permettant d'obtenir la température souhaitée pour le traitement thermique. La surchauffe pourra être réalisée à l'aide des gaz 20 fournis par un générateur de gaz chaud qui est lui-même chauffé par le brûleur. On pourra procéder en sortie du four à une deuxième étape de condensation. La deuxième étape de condensation pourra être suivie 25 d'une étape de séparation entre la fraction solide et/ou liquide et les gaz de combustion eux-mêmes. Avantageusement, les gaz de combustion pourront être redirigés en sortie de l'étape de séparation vers le brûleur et/ou le foyer, par l'intermédiaire d'un étage mélangeur 30 assurant un mélange des gaz avec de l'air, mélange qui sera dosé en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé combustible inclus dans les gaz de combustion. Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins une étape de condensation sera conduite à l'aide d'un 35 moyen frigorifique à absorption. L'invention a également pour objet une unité de traitement thermique d'un matériau, et notamment d'un 2907884 4 matériau organique tel que le bois, unité permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Cette unité comprend au moins un four, chauffé à partir des gaz de combustion issus d'au moins un brûleur associé à 5 un foyer, elle est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un premier condenseur qui est disposé de façon à refroidir les gaz de combustion à leur sortie du foyer, la condensation permettant d'éliminer avec l'eau une partie des poussières contenues dans les gaz de combustion, poussières Io qui sont récupérées dans un moyen de décantation. L'unité comportera également au moins un surchauffeur relié à un moyen de chauffe et permettant de réchauffer les gaz de combustion à leur sortie du premier condenseur. Le moyen de chauffe pourra être relié au surchauffeur par 15 l'intermédiaire d'un moyen de régulation de la température des gaz de combustion. Le moyen de chauffe pourra être relié à un générateur de gaz chauds qui sera lui-même chauffé par le ou les brûleurs. Le surchauffeur pourra comprendre au moins deux circuits 20 de circulation de gaz chauds disposés dans une enceinte au travers de laquelle circulent les gaz de combustion, les circuits étant disposés de telle sorte que les gaz de combustion circulent dans un sens inverse de celui des gaz chauds fournis par le générateur de gaz, chaque circuit étant 25 par ailleurs doté d'une vanne de réglage du débit de gaz dont l'ouverture est commandée par le moyen de régulation de température. L'unité pourra comporter au moins un deuxième condenseur qui sera disposé en sortie du four.

30 L'unité de traitement pourra avantageusement comprendre un moyen de décantation permettant de séparer la fraction solide et/ou liquide et les gaz de combustion eux-mêmes. L'unité de traitement thermique pourra également comprendre un étage mélangeur qui assurera un mélange des gaz 35 sortant du deuxième condenseur et du moyen de décantation associé avec de l'air, cet étage mélangeur comportant au moins une vanne dont l'ouverture sera commandée par un moyen de régulation qui commandera le degré d'ouverture de la vanne 2907884 5 en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé combustible inclus dans les gaz de combustion, le mélange de l'air et des gaz de combustion étant redirigé vers le brûleur et/ou le foyer.

5 L'unité pourra comprendre au moins un moyen frigorifique à absorption qui utilisera comme source chaude le foyer et qui comprendra au moins un circuit réfrigérant qui sera couplé au premier condenseur. Avantageusement, au moins un circuit réfrigérant du moyen 10 frigorifique à absorption pourra être également couplé au deuxième condenseur. Suivant une autre caractéristique, le générateur de gaz chaud pourra être alimenté en air au travers d'un troisième condenseur raccordé à un circuit réfrigérant du moyen 15 frigorifique à absorption. Lorsque l'unité de traitement thermique selon l'invention est plus particulièrement destinée à assurer le traitement de bois, elle comprendra avantageusement au moins un four qui comportera deux parois latérales en regard l'une de l'autre 20 et une paroi supérieure, parois qui seront réalisées sous la forme de caissons dans lesquels circuleront les gaz de combustion, ces derniers étant amenés au niveau du caisson supérieur qui sera divisé en deux demi-caissons, un demi-caisson recevant les gaz de combustion arrivant au four et 25 l'autre demi-caisson collectant les gaz pour leur évacuation après leur passage dans le four, chaque demi-caisson communiquant par ailleurs avec un caisson latéral distinct, les parois des caissons latéraux étant dotées de perforations permettant le passage des gaz du caisson latéral vers 30 l'intérieur du four, les gaz étant ainsi introduits dans le four au niveau d'un caisson latéral et étant évacués hors du four au travers de l'autre caisson latéral. Avantageusement, le caisson supérieur sera globalement parallélépipédique et divisé en quatre compartiments par deux 35 cloisons qui s'étendront suivant des diagonales, un premier compartiment étant relié à une conduite d'arrivée des gaz de combustion et un deuxième compartiment étant relié à une conduite d'évacuation des gaz de combustion, les deux autres 2907884 6 compartiments étant reliés chacun à un des caissons latéraux, un volet pivotant médian pouvant être positionné au choix dans le prolongement de l'une ou de l'autre des cloisons diagonales, de façon à partager le caisson supérieur en deux 5 demi-caissons. Le volet pivotant permettra ainsi de diriger les gaz de combustion au choix vers l'un ou l'autre des caissons latéraux. Suivant une autre caractéristique de l'invention, les caisson latéraux pourront être dotés de perforations qui 10 seront réparties sur toute la hauteur de chaque caisson, chaque caisson latéral étant par ailleurs doté d'un panneau coulissant verticalement et permettant, suivant la position choisie, d'obturer toutes les perforations d'une moitié supérieure ou bien toutes celles d'une moitié inférieure 15 dudit caisson latéral, les panneaux étant par ailleurs positionnés en position haute sur un caisson latéral et en position basse sur l'autre caisson latéral en fonction de la position du volet pivotant du caisson supérieur. Le positionnement des panneaux sera choisi de façon à assurer 20 toujours un courant des gaz de combustion qui traversent le four d'une partie basse d'un caisson latéral vers une partie haute de l'autre caisson latéral. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre 25 d'un mode particulier de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma synoptique général d'une unité de traitement selon l'invention, - la figure 2 est une vue détaillée du générateur de gaz 30 de combustion de cette unité de traitement thermique, - la figure 3 est une coupe schématique d'un exemple de réalisation du surchauffeur, - les figures 4a et 4b sont deux vues en coupes longitudinales simplifiées d'un four mis en oeuvre dans 35 l'unité selon l'invention, les coupes sont réalisées suivant le plan dont la trace BD est repérée à la figure 5a, chaque figure montre par ailleurs le four dans une position différente pour les moyens de circulation des gaz, 2907884 7 - les figures 5a et 5b sont deux vues en coupes transversales simplifiées de ce four, les coupes sont réalisées suivant le plan dont la trace AA est repérée à la figure 4a, la figure 5a représente par ailleurs le four dans 5 la même position que sur la figure 4a et parallèlement la figure 5b peut être associée à la figure 4b, - les figures 6a et 6b sont enfin deux vues de dessus du four, le four est coupé au niveau du caisson supérieur (plan de coupe CC repéré à la figure 4a), la figure 6a montre le l0 four suivant la même position que celle des figures 4a et 5a, et la figure 6b montre le four dans la même position que sur les figures 4b et 5b. La figure 1 montre une unité 1 de traitement thermique de bois. Le bois 2 est disposé sur des chariots 3 qui sont logés 15 dans des fours de traitement thermique 4. Ici un seul four 4 est représenté, mais l'unité pourrait être dimensionnée pour comprendre plusieurs fours. Les fours 4 sont des unités de grandes dimensions pouvant traiter des éléments de bois de près de 6 m de long (bois en 20 rondins ou scié). Le bois qui doit être traité à haute température aura préalablement été séché dans un four de séchage 12 (dans lequel la température est de l'ordre de 100 C). Pour pouvoir être traité le bois aura de préférence un taux d'humidité inférieur à 12%.

25 Chaque four 4 a ainsi globalement la forme d'un parallélépipède rectangle de 10 mètres de long, 3 mètres de large et 5 mètres de haut. Le four 4 est chauffé à partir des gaz de combustion issus d'un brûleur 5 associé à un foyer de combustion 6. Ce 30 mode de chauffage par les gaz de combustion permet de maîtriser le taux d'oxygène réduit qui est requis. Les gaz sont récupérés à la sortie du foyer 6 par un collecteur 7 et ils sont dirigés vers le four 4 par des conduites : 8a1, 8a2, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f.

35 Les gaz G circulent dans le four (dont la structure interne sera détaillées par la suite). Ils sont ensuite évacués à la sortie du four 4 par une conduite 9.

2907884 8 Le brûleur 5 utilise une source de combustible 10 qui pourra être le gaz ou le fioul ou avantageusement les résidus et chutes de bois qui peuvent être collectés sur l'installation. On utilisera donc de préférence un brûleur 5 5 poly combustibles. Suivant une caractéristique importante de l'invention, l'unité comporte au moins un premier condenseur 11 qui est disposé de façon à refroidir les gaz de combustion à leur sortie du foyer 6.

10 Le condenseur 11 provoque un refroidissement brutal des gaz à leur sortie du foyer 6. Ce refroidissement provoque une condensation de l'eau contenue dans les gaz, l'eau s'écoule le long de la conduite 8a2 et elle entraîne avec elle la plus grande partie des poussières contenues dans les gaz de 15 combustion. L'eau s'écoule le long de la conduite 8a2 et elle s'accumule avec la poussière dans un moyen de décantation 13. Concrètement le moyen de décantation sera constitué par un bac dans lequel circulent les gaz de combustion. Les 20 conduites 8a1 et 8a2 débouchent toutes deux dans le bac au niveau de sa paroi supérieure. L'eau chargée de poussière s'accumule dans le bac 13 et elle en est soutirée périodiquement au moyen d'une vanne V, pour retraitement et élimination des résidus.

25 Le condenseur 11 est relié à un moyen frigorifique 14 par des tubulures T11 qui conduisent un fluide caloporteur. Concrètement la température des gaz de combustion est de l'ordre de 210 C à la sortie du foyer 6. Le condenseur 11 est dimensionné pour ramener cette température à environ 80 C. Il 30 suffit pour cela d'un moyen frigorifique véhiculant un fluide circulant à une température de l'ordre de 5 C et on dimensionnera les surfaces d'échanges du condenseur ainsi que le moyen frigorifique 14 pour permettre la chute de température souhaitée.

35 On pourra utiliser l'eau comme fluide caloporteur. Une vanne trois voies 15 est disposée en sortie du condenseur 11. Cette vanne permet de diriger les gaz de combustion vers la branche 8c qui conduit à un surchauffeur 2907884 9 16 ou bien vers la branche 8b qui permet de diriger les gaz vers une cheminée d'évacuation 17. Le surchauffeur 16 est indispensable pour ramener les gaz de combustion à la température qui est nécessaire pour 5 assurer le traitement thermique du bois (température comprise entre 180 C et 230 C). Les calories fournies par le surchauffeur 16 proviennent elles aussi du foyer 6, mais par l'intermédiaire d'un moyen de chauffe distinct.

10 Conformément à l'invention, le moyen de chauffe comprend un générateur de gaz chauds 17 qui est lui-même chauffé par le brûleur 5. Le générateur de gaz 17 est disposé dans le foyer 6 et il comprend des tubulures qui renferment le gaz à chauffer (par 15 exemple de l'air). Ces tubulures permettent d'isoler physiquement le gaz à chauffer des gaz de combustion, mais elles sont cependant réalisées en un matériau bon conducteur de la chaleur (par exemple en métal). Ces tubulures permettent de transférer les calories 20 fournies par le foyer vers le gaz qui circule à l'intérieur des tubulures. Le nombre des tubulures est choisi suffisant pour que la surface d'échange thermique soit importante et on prévoira également plusieurs jeux de tubulures de façon à assurer un 25 maintien du gaz à l'intérieur du foyer 6 suffisamment longtemps pour que sa température atteigne un niveau élevé (de l'ordre de 600 C). Un exemple de générateur de gaz chaud est donné par la demande de brevet FR06-05589.

30 Les gaz chauds engendrés par le générateur 17 sortent de ce dernier par le tube 18. Après utilisation, les gaz reviennent au générateur 17 par le tube 19. Les gaz chauds sont utilisés au niveau de l'installation par exemple pour alimenter le ou les fours de séchage 12.

35 La température des gaz chauds qui est nécessaire pour le séchage dans le four 12 est réglée à l'aide d'une vanne 68 qui permet de mélanger au gaz chauds engendrés par le 2907884 10 générateur 17 une partie des gaz refroidis qui est prise sur le tube de retour 19 par l'intermédiaire d'un tube 69. On réglera l'ouverture de la vanne 68 à l'aide d'un moyen de commande électronique (non représenté) associé à un 5 capteur de la température des gaz en entrée de four 12 (non représenté). On peut ainsi aisément ramener la température des gaz de 600 C en sortie du générateur 17 à environ 100 C en entrée du four 12. Les gaz chauds à haute température (600 C) sont par 10 ailleurs utilisés au niveau du surchauffeur 16. Une dérivation 20 du tube 18 permet en effet de conduire une partie des gaz chauds vers le surchauffeur 16. Les gaz chauds ressortent du surchauffeur 16 par le tube 21 qui les reconduit au générateur 17.

15 Un moyen de régulation de la température est interposé entre le générateur de gaz 17 et le surchauffeur 16. Ce moyen comprend une vanne 22 qui est commandée par un moyen électronique 23 de régulation de la température. Le moyen 23 est par ailleurs relié à un capteur 24 mesurant la 20 température des gaz de combustion qui circulent dans la conduite 8d de sortie du surchauffeur 16. Ainsi on pourra réaliser le moyen électronique 23 sous la forme d'un micro ordinateur programmable. On pourra alors piloter l'ouverture de la vanne 22 en fonction des consignes 25 de température souhaitées pour les gaz destinés au four 4. Il est clair que l'ouverture de la vanne 22 entraîne une augmentation du débit du gaz chaud issus du générateur 17 et circulant dans le surchauffeur 16 donc également une augmentation de la température des gaz de combustion G qui 30 sont envoyés au four 4 par la conduite 8f. On notera que les gaz de combustion issus du condenseur 11 ont une température relativement réduite (de l'ordre de 80 C). Il est donc possible et facile de réguler la température des gaz envoyés vers le four 4 dans une plage 35 assez large (de 80 C à 300 C environ). On peut donc, par simple programmation des moyens 23, commander une montée de la température du four suivant les 2907884 11 différents paliers souhaités et qui conviennent à l'essence de bois qui doit être traitée. On peut tout aussi facilement piloter le refroidissement du four sous atmosphère pauvre en oxygène et jusqu'à une 5 température qui permet la sortie du bois hors du four 4 sans risquer l'auto inflammation du bois. Pour les phases de refroidissement du four 4, on pourra utiliser, non plus les gaz réchauffés par le surchauffeur 16 mais directement les gaz sortant du condenseur 11. Il suffit 10 pour cela de réguler l'ouverture de différentes vannes à trois voies. On prévoit ainsi deux autres vannes trois voies 25 et 26 ainsi qu'une conduite 8e disposée entre ces deux vannes. La vanne 25 permet d'orienter les gaz de combustion issus 15 du condenseur 11, non pas vers la cheminée 17, mais vers le four 4. On peut ainsi isoler complètement le surchauffeur 16 et n'envoyer vers le four que les gaz de combustion issus du condenseur 11. On peut aussi réaliser au niveau de la vanne 26 un mélange des gaz à température réduite (80 C) issus du 20 condenseur 11 avec les gaz chauds sortant du surchauffeur 16. On positionnera pour cela la vanne 15 dans une position alimentant les deux branches 8b et 8c. On pourra disposer un capteur de température 24 sur la conduite 8f alimentant le four 4. Le moyen électronique 23 25 assurera alors la régulation des ouvertures et fermetures des vannes 15, 25, 26 et 22 en fonction de la température souhaitée pour les paliers de refroidissement (ou de chauffage) du four. La figure 3 montre d'une façon plus détaillée la 30 structure d'un surchauffeur 16. Cet élément comprend une chambre cylindrique 27 à l'intérieur de laquelle circulent les gaz de combustion G. Les flèches 8c et 8d montrent le sens de parcours des gaz de combustion et rappellent les références des différentes 35 conduites . -entrée dans le surchauffeur 16 : conduite 8c, H> sortie du surchauffeur : conduite 8d.

2907884 12 La chambre cylindrique 27 est délimitée par une paroi interne d'une conduite annulaire 28 qui est reliée au générateur de gaz chaud 17 par l'intermédiaire d'une vanne 22a. Cette conduite annulaire 28 constitue un premier circuit 5 de circulation des gaz chauds disposé dans la chambre 27. La chambre 27 renferme par ailleurs trois autres circuits de circulation des gaz chauds (29, 30 et 31) qui sont tous reliés au générateur de gaz chaud 17 par une vanne (respectivement 22b, 22c et 22d).

10 Ces trois autres circuits sont réalisés sous la forme de tubulures enroulées en hélice de façon à augmenter la surface d'échange thermique entre les circuits de circulation des gaz chauds et les gaz de combustion eux-mêmes. Une paroi externe 32 entoure le surchauffeur 16. Elle 15 comporte des matériaux isolants thermiques et permet d'éviter les déperditions de calories. Tous les circuits de circulation 28,29,30 et 31 sont reliés en aval par un collecteur 33 qui est raccordé au tube 21 qui reconduit les gaz au générateur 17.

20 Un accélérateur 34 permettra de réguler le débit du gaz chaud au travers des différents circuits. On voit sur la figure 3 que les différentes vannes 22a,22b,22c et 22d sont toutes commandées par le moyen électronique 23 qui est également raccordé à un capteur de 25 température 24 mesurant la température des gaz de combustion en sortie du surchauffeur 16. On voit également sur la figure 3 que les différents circuits de circulation 28,29,30,31 sont disposés de telle sorte que les gaz de combustion G circulent dans un sens qui 30 est inverse de celui de la circulation des gaz chauds fournis par le générateur de gaz 17. Une telle disposition permet d'augmenter le rendement du transfert thermique. Les gaz de combustion rencontrent donc les circuits de circulation au voisinage de leur sortie du surchauffeur 16 35 (donc à l'endroit où leur température est la plus réduite) et, au fur et à mesure de leur progression dans le surchauffeur 16, ils rencontrent des circuits de circulation de plus en plus chauds. Une telle disposition est plus 2907884 13 favorable à l'échauffement qu'une disposition inverse et elle conduit à une température supérieure pour les gaz de combustion G en sortie du surchauffeur. La division du surchauffeur 16 en plusieurs circuits de 5 circulation permet par ailleurs de régler d'une façon plus précise la quantité de chaleur qui est transférée aux gaz de combustion G. On peut ainsi régler facilement les différents paliers de températures nécessaires. Par ailleurs la mise en place d'un circuit de circulation 10 28 ayant une forme tubulaire permet d'améliorer le rendement thermique du surchauffeur. Les gaz de combustion G circulent en effet dans une chambre 27 délimitée par une conduite surchauffée 28 et ils passent au travers d'autres tubulures (celles des circuits 29,30,31) qui sont également 15 surchauffées. En fonction du nombre de circuits de circulation mis en oeuvre la quantité de calories transférée aux gaz de combustion G sera plus ou moins importante. On remarque également sur la figure 3 que les différents 20 circuits de circulation 28,29,30 et 31 sont tous raccordés en série les uns derrière les autres au générateur 17 et que par ailleurs le four de séchage 12 est disposé en série avec le surchauffeur 16 et non plus en parallèle comme représenté sur les figures 1 et 2.

25 Ce montage en série est une variante de l'invention qui permet d'utiliser au mieux les calories fournies par le générateur de gaz 17. En effet, le gaz issus du générateur 17 et qui se trouvent refroidis au travers du surchauffeur 16 restent 30 cependant à une température largement suffisante pour alimenter un ou plusieurs fours de séchage 12. Les gaz pourront être cependant abaissés en température avant leur introduction dans le four de séchage 12. Cet abaissement sera piloté comme cela a été décrit précédemment 35 par un mélange des gaz chauds avec une partie des gaz refroidis prélevés sur le tube de retour 19. On pourra bien entendu (et avec un dimensionnement approprié de l'installation) prévoir plusieurs surchauffeurs 2907884 14 16 en série les uns derrière les autres, en particulier pour alimenter plusieurs fours 4 de traitement thermique. La figure 2 montre d'une façon plus précise la structure du générateur de gaz de combustion de l'unité de traitement 5 thermique 1 et en particulier la structure du moyen frigorifique 14 ainsi que de ses différents circuits. Avantageusement, et de façon à optimiser le rendement thermique de l'unité 1, on mettra en oeuvre un moyen frigorifique 14 à absorption. Ces moyens sont bien connus de 10 l'Homme du Métier. Ils mettent en oeuvre un circuit de circulation Ca d'un fluide permettant d'absorber des calories d'une source chaude au niveau d'un bouilleur (le plus souvent le fluide est une solution d'ammoniac). Ce circuit de fluide est couplé à un 15 évaporateur qui provoque le changement d'état du fluide et donc la production de froid. Conformément à l'invention on utilisera comme source chaude le foyer 6. On disposera ainsi par exemple un bouilleur 35 autour du collecteur 7 des gaz de combustion.

20 Le bouilleur 35 sera constitué ainsi par des tubulures entourant le collecteur 7. Le circuit caloporteur Ca (représenté en pointillés) est le circuit du fluide permettant d'extraire les calories (par exemple une solution d'ammoniac). Ce circuit Ca est relié à 25 un ou plusieurs échangeurs 36 qui assurent la vaporisation de l'ammoniac. Le fluide assurant la vaporisation est de l'air qui sera introduit dans le moyen frigorifique 14 à l'aide d'un ventilateur 37. L'air qui sort du moyen frigorifique 14 a été réchauffé 30 par le fluide du circuit caloporteur Ca, cet air réchauffé est récupéré par un tube 38 et dirigé vers le brûleur 5 et/ou le foyer 6. Cet airchauffé permet d'améliorer le rendement de la combustion du brûleur 5. Le fluide caloporteur se vaporise à une température 35 d'environ 5 C (pour de l'ammoniac). Un ou plusieurs circuits réfrigérants sont couplés au circuit caloporteur Ca au niveau du ou des échangeurs. Ces circuits sont par exemple des circuits d'eau. L'eau réfrigérée est conduite par un circuit 2907884 15 T11 au premier condenseur 11 et permet (comme précisé précédemment) d'assurer l'élimination de l'eau et des poussières contenues dans les gaz de combustion. Le débit d'eau réfrigérée nécessaire est assuré grâce à 5 un accélérateur 39. On pourra par ailleurs prévoir également un autre accélérateur 40 au niveau du circuit Ca afin d'augmenter le rendement de l'échange thermique. Le circuit d'eau réfrigérée pourra comporter d'autres Io branches qui vont être décrites par la suite. En se reportant à la figure 1, on remarque que l'unité 1 comprend un deuxième condenseur 41 qui est disposé en sortie du four 4. Les gaz de combustion Gs qui sortent du four 4 sont 15 chargés à la fois d'humidité et de composés organiques volatils qui sont extraits du bois au cours du traitement thermique. Ces composés volatils comprennent essentiellement des hydrocarbures condensables, notamment du méthane et de l'acétone.

20 Le condenseur 41 permet d'éliminer l'eau qui est incorporée aux gaz en sortie de four ainsi que les poussières ou autres résidus solides. Un moyen de décantation 42 permet de séparer la fraction solide et/ou liquide et les gaz de combustion eux-mêmes.

25 Les résidus sont récupérés dans un bac 44 pour traitement et élimination ultérieurs (avec les résidus extraits au niveau du moyen 13). Un ventilateur 43 permet de réguler la vitesse des gaz dans le four 4. La canalisation 45 ne véhicule donc qu'un gaz 30 de combustion refroidi et chargé de composés organiques volatils qui sont combustibles. Ce gaz est mélangé à de l'air au niveau d'un étage mélangeur comprenant une vanne trois voies 46, puis dirigé vers le brûleur 5 (ou vers le foyer 6).

35 L'ouverture de la vanne 46 est commandé par un moyen de régulation 47 qui commande le degré d'ouverture de la vanne 46 en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé combustible inclus dans les gaz de combustion.

2907884 16 Cette mesure est effectuée à l'aide d'un capteur 48. On mesurera de préférence le taux de méthane car il s'agit du gaz le plus réactif. On pourra également prévoir une autre vanne 49 qui 5 permettra d'évacuer tout ou partie des gaz soit vers l'extérieur soit vers un réservoir de gaz 50 (gazomètre) pour permettre un stockage temporaire en cas de production excessive de composés volatils. L'air utilisé est de préférence celui qui a été 10 préchauffé au niveau du moyen frigorifique 14. On voit sur les figures 1 et 2 que le générateur de gaz chauds 17 est alimenté en gaz par un ventilateur 51 qui est couplé au circuit fermé 18-19 par une vanne 52. On peut ainsi ajouter du gaz (en général de l'air) au circuit pour 15 compenser les pertes et maintenir le volume de gaz nécessaire aux bons transferts thermiques. Un troisième condenseur 53 est interposé entre le ventilateur 51 et le circuit de gaz. Ce condenseur permet d'assécher l'air externe utilisé, ce qui évite la production 20 de vapeur d'eau dans le circuit. Un quatrième condenseur 54 enfin permet d'éliminer du circuit de gaz chauds 19 l'eau extraite du bois au niveau du four de séchage 12. Les troisième et quatrième condenseurs sont tous deux 25 reliés au moyen frigorifique 14 par des circuits d'eau réfrigérée T53 et T54. Les figures 4 à 6 montrent la structure du four de traitement thermique utilisé par l'unité selon invention Le four 4 est constitué sous la forme d'un bloc 30 parallélépipédique qui comporte deux parois latérales 55a et 55b disposées en regard l'une de l'autre ainsi qu'une paroi supérieure 56. Le four 4 comporte par ailleurs deux portes 67e et 67s, étanches et isolées thermiquement, permettant le passage des chariots 3 chargés de bois.

35 Ces parois sont réalisées en tôle et sous la forme de caissons creux délimitant chacun un volume dans lesquels peuvent circuler les gaz de combustion.

2907884 17 Comme cela est plus particulièrement visible aux figures 4a et 4b, le caisson supérieur 56 porte la conduite 8f qui amène les gaz de combustion (Ge) ainsi que la conduite 9 qui évacue les gaz (Gs) après leur circulation dans le four 4.

5 Ces gaz Gs sont (comme précisé plus haut) chargés de composés organiques volatils. Comme cela est visible aux figures 4a,4b,5a,5b on a réalisé sur les parois internes des caissons latéraux 55a et 55b des perforations 65 qui permettent le passage des gaz du l0 caisson latéral 55a ou 55b considéré vers l'intérieur du four 4. Les gaz sont donc introduits dans le four 4 au niveau d'un caisson latéral (55a ou 55b) et sont évacués hors du four au travers de l'autre caisson latéral.

15 Le caisson supérieur est par ailleurs divisé par des cloisons en deux demi-caissons. Comme cela est plus particulièrement visible aux figures 6a et 6b, le caisson supérieur 56 est divisé en quatre compartiments 57a, 57b, 58a et 58b par deux cloisons 59 et 60 20 qui s'étendent suivant des diagonales. Un premier compartiment 57a est relié à la conduite 8f d'arrivée des gaz de combustion Ge. Un deuxième compartiment 57b est relié à la conduite 9 d'évacuation des gaz de combustion Gs.

25 Les deux autres compartiments 58a et 58b sont reliés chacun à une des parois/caissons latérales 55a ou 55b. On voit ainsi sur les figures que le compartiment 58a est relié au caisson latéral 55a et que le compartiment 58b est relié au caisson latéral 55b (voir aussi les figures 5a et 30 5b). Conformément à une caractéristiques de l'invention chaque cloison 59 et 60 est interrompue au niveau d'une partie médiane qui est occupée par un volet pivotant médian 61. Ce volet est commandé par un moteur 62 et il peut être 35 positionné au choix dans le prolongement de l'une ou de l'autre des cloisons 59 ou 60.

2907884 18 Il est ainsi possible de partager avec le volet 61 le caisson supérieur 56 en deux demi-caissons et de deux façons différentes. Ainsi la figure 6a montre le caisson supérieur 56 dans 5 une position dans laquelle le volet médian 61 est dans le prolongement de la cloison 59. Dans cette position : - un premier demi-caisson comprend les deux compartiments 57a et 58a 10 -i un deuxième demi-caisson comprend les deux compartiments 57b et 58b. Dans une telle configuration les gaz introduits dans le four par la conduite 8f sont dirigés vers le caisson latéral 55a et ils sont évacués par le caisson latéral 55b, après 15 passage dans le four 4. Le mouvement des gaz dans le four 4 est celui représenté à la figure 5a, soit de la gauche vers la droite. Inversement la figure 6b montre le caisson supérieur 56 dans une position dans laquelle le volet médian 61 est dans 20 le prolongement de la cloison 60. Dans cette position : - un premier demi--caisson comprend les deux compartiments 57a et 58b -i un deuxième demi-caisson comprend les deux 25 compartiments 57b et 58a. Dans une telle configuration les gaz introduits dans le four par la conduite 8f sont dirigés vers le caisson latéral 55b et ils sont évacués par le caisson latéral 55a, après passage dans le four 4.

30 Le mouvement des gaz dans le four est celui représenté à la figure 5b, soit de la droite vers la gauche. Le volet pivotant 61 permet ainsi de diriger les gaz de combustion au choix vers l'une ou l'autre des parois / caissons latéraux 55a ou 55b.

35 Il est en effet intéressant lors du traitement thermique du bois de faire varier le sens de l'écoulement transversal des gaz de combustion au travers du four.

2907884 19 En effet on homogénéise ainsi le traitement du bois. Des cycles peuvent être programmés au cours desquels on dirigera le courant gazeux d'un côté ou de l'autre du chargement de bois.

5 Indépendamment du sens transversal du courant gazeux à l'intérieur du four, il est utile d'introduire les gaz en partie basse du four et de les récupérer en partie haute. On est ainsi assuré d'éliminer plus sûrement les composés organiques volatils.

10 Pour obtenir un tel résultat les perforations 65 sont réparties sur toute la hauteur de chaque paroi latérale 55a, 55b. Chaque paroi est par ailleurs dotée d'un panneau 66 qui coulisse verticalement sur des rails 63 à l'aide d'une 15 motorisation 64. Le panneau 66 est dimensionné de façon à ne couvrir qu'une moitié de l'ensemble des perforations 65 portées par une paroi. Il est donc possible, suivant la position choisie pour le 20 panneau 66, d'obturer toutes les perforations 65 d'une moitié supérieure (voir figure 4a) ou bien toutes celles d'une moitié inférieure de ladite paroi (voir figure 4b). Par ailleurs les moyens de commande des motorisations 64 sont définis pour que, lorsqu'un panneau 66 se trouve en 25 position haute sur une paroi, le panneau de l'autre paroi se trouve disposé en position basse. Ces motorisations sont par ailleurs couplées à celle commandant le positionnement du volet 61. Le but recherché est que les gaz soient toujours 30 introduits en position basse à l'intérieur du four 4 et évacués en position haute. Le positionnement des panneaux doit ainsi être choisi de façon à assurer toujours un courant des gaz de combustion qui traverse le four d'une partie basse d'une paroi vers une 35 partie haute de l'autre paroi. A titre d'exemple on voit sur les figures que, lorsque les gaz de combustion Ge sont introduits au niveau du caisson latéral 55a (figure 6a), le panneau 66 se trouve en position 2907884 20 haute sur cette paroi latérale, ce qui dégage les perforations de la partie basse (figure 5a et 4a). Inversement le panneau 66 est disposé en position basse sur la paroi latérale 55b.

5 La situation est inverse lorsque les gaz de combustion Ge sont introduits au niveau du caisson latéral 55b (figure 6b). Dans ce cas le panneau 66 se trouve en position haute sur cette paroi latérale, ce quai dégage les perforations de la partie basse (figure 5b) et le panneau 66 est disposé en l0 position basse sur la paroi latérale 55a (figure 4b). Différentes variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Il est possible de mettre en oeuvre un four de structure différente, notamment si les matériaux à traiter ont une 15 forme et/ou un volume différent (par exemple pour des matériaux granulaires, tels que des copeaux). Il est par ailleurs également possible de mettre en ouvre le four décrit en référence aux figures 4 à 6 avec une unité de traitement thermique de structure différente. Par exemple 20 avec une unité de traitement thermique selon l'art antérieur. La structure du four proposée par l'invention permet en effet d'obtenir facilement un courant des gaz de combustion ayant une orientation transversale dirigée d'une paroi du caisson vers l'autre paroi avec la possibilité d'inverser 25 facilement le sens de parcours du courant gazeux pour homogénéiser le traitement. Le courant gazeux transversal peut également avoir toujours une orientation du bas vers le haut du caisson même lorsque le sens de parcours du courant dans le four se trouve inversé.

30 Il est également possible de mettre en oeuvre un moyen frigorifique de structure différente, par exemple utilisant un fluide autre que l'ammoniac pour le transfert thermique. On pourra utiliser une unité frigorifique à compression classique mettant en oeuvre l'énergie électrique. Cependant le 35 moyen à absorption proposé par invention permet d'utiliser d'une façon optimale les ressources thermiques de l'installation.

2907884 21 Il est aussi possible de remplacer le surchauffeur 16 par un moyen de chauffe distinct plus classique, par exemple un autre brûleur. Dans ce cas il sera inutile de prévoir un générateur de gaz 17.

5 Cependant la solution proposée par l'invention permet d'optimiser le rendement thermique tout en permettant l'alimentation de fours de séchage 12. Il est enfin possible d'utiliser une unité conforme à invention pour réaliser le traitement thermique d'autres 10 types de matériaux, par exemple des matériaux organiques ou des matériaux végétaux tels que la paille.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement thermique d'un matériau dans un four (4), et notamment d'un matériau organique tel que le bois, procédé utilisant les gaz de combustion fournis par au moins un brûleur (5) associé à un foyer (6), procédé caractérisé en ce qu'on prévoit une première étape de condensation des gaz de combustion entre leur sortie du foyer (6) et le four (4), condensation permettant d'éliminer une partie des poussières contenues dans les gaz de combustion.

2. Procédé de traitement thermique selon la revendication 1, procédé caractérisé en ce que la première étape de condensation est suivie par une étape de surchauffe des gaz de combustion permettant d'obtenir la température souhaitée pour le traitement thermique.

3.Procédé de traitement thermique selon la revendication 2, procédé caractérisé en ce que la surchauffe est réalisée à l'aide des gaz fournis par un générateur (17) de gaz chaud qui est lui-même chauffé par le brûleur (5).

4.Procédé de traitement thermique selon une des revendications 1 à 3, procédé caractérisé en ce qu'on procède en sortie du four (4) à une deuxième étape de condensation.

5. Procédé de traitement thermique selon la revendication 4, procédé caractérisé en ce que la deuxième étape de condensation est suivie d'une étape de séparation entre la fraction solide et/ou liquide et les gaz de combustion euxmemes.

6. Procédé de traitement thermique selon la revendication 5, procédé caractérisé en ce que les gaz de combustion sont redirigés en sortie de l'étape de séparation vers le brûleur (5) et/ou le foyer (6), par l'intermédiaire d'un étage mélangeur (46) assurant un mélange des gaz avec de l'air, mélange qui est dosé en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé combustible inclus dans les gaz de combustion.

7. Procédé de traitement thermique selon une des revendications 1 à 6, procédé caractérisé en ce qu'au moins une étape de condensation est conduite à l'aide d'un moyen frigorifique à absorption (14). 2907884 23

8. Unité (1) de traitement thermique d'un matériau, et notamment d'un matériau organique tel que le bois, unité comprenant au moins un four (4), chauffé à partir des gaz de combustion issus d'au moins un brûleur (5) associé à un foyer 5 (6), unité caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un premier condenseur (11) qui est disposé de façon à refroidir les gaz de combustion à leur sortie du foyer (6), la condensation permettant d'éliminer avec l'eau une partie des poussières contenues dans les gaz de combustion, poussières l0 qui sont récupérées dans un moyen de décantation (13).

9. Unité de traitement thermique selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un surchauffeur (16) relié à un moyen de chauffe et permettant de réchauffer les gaz de combustion à leur sortie du premier 15 condenseur (il).

10. Unité de traitement thermique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le moyen de chauffe est relié au surchauffeur (16) par l'intermédiaire d'un moyen (22,23) de régulation de la température des gaz de combustion. 20

11. Unité de traitement thermique selon la revendication 10, caractérisée en ce que le moyen de chauffe est relié à un générateur de gaz chauds (17) qui est lui-même chauffé par le ou les brûleurs (5).

12. Unité de traitement thermique selon la revendication 25 11, caractérisée en ce que le surchauffeur (16) comprend au moins deux circuits (28,29,30,31) de circulation de gaz chauds disposés dans une enceinte (32) au travers de laquelle circulent les gaz de combustion, les circuits étant disposés de telle sorte que les gaz de combustion circulent dans un 30 sens inverse de celui des gaz chauds fournis par le générateur de gaz (17), chaque circuit étant par ailleurs doté d'une vanne (22a,22b,22c,22d) de réglage du débit de gaz dont l'ouverture est commandée par le moyen (23) de régulation de température. 35

13. Unité de traitement thermique selon une des revendications 8 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un deuxième condenseur (41) qui est disposé en sortie du four (4). 2907884 24

14. Unité de traitement thermique selon la revendication 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen de décantation (42) permettant de séparer la fraction solide et/ou liquide et les gaz de combustion eux-mêmes. 5

15. Unité de traitement thermique selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'elle comprend un étage mélangeur (46) qui assure un mélange des gaz sortant du deuxième condenseur (41) et du moyen de décantation (42) associé avec de l'air, cet étage mélangeur comportant au moins une vanne 10 (46) dont l'ouverture est commandée par un moyen de régulation (47) qui commande le degré d'ouverture de la vanne (46) en fonction de la mesure du taux d'au moins un composé combustible inclus dans les gaz de combustion, le mélange de l'air et des gaz de combustion étant redirigé vers le brûleur 15 (5) et/ou le foyer (6).

16. Unité de traitement thermique selon une des revendications 8 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un moyen frigorifique (14) à absorption qui utilise comme source chaude le foyer (6) et qui comprend au moins un 20 circuit réfrigérant (T11) qui est couplé au premier condenseur (11).

17. Unité de traitement thermique selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'au moins un circuit réfrigérant (T41) du moyen frigorifique à absorption est couplé également 25 au deuxième condenseur (41).

18. Unité de traitement thermique selon la revendication 11 et une des revendications 16 ou 17, caractérisée en ce que le générateur de gaz chaud (17) est alimenté en air au travers d'un troisième condenseur (53) raccordé à un circuit 30 réfrigérant (T53) du moyen frigorifique à absorption (14).

19. Unité de traitement thermique selon une des revendications 8 à 18 et plus particulièrement destinée à assurer le traitement de bois, unité caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un four (4) qui comporte deux 35 parois latérales (55a,55b) en regard l'une de l'autre et une paroi supérieure (56), parois qui sont réalisées sous la forme de caissons dans lesquels circulent les gaz de combustion (G), ces derniers étant amenés au niveau du 2907884 25 caisson supérieur (56) qui est divisé en deux demi-caissons, un demi-caisson recevant les gaz de combustion (Ge) arrivant au four et l'autre demi-caisson collectant les gaz (Gs) pour leur évacuation après leur passage dans le four (4), chaque 5 demi-caisson communiquant par ailleurs avec un caisson latéral (55a,55b) distinct, les parois des caissons latéraux étant dotées de perforations (65) permettant le passage des gaz (G) du caisson latéral vers l'intérieur du four, les gaz étant ainsi introduits dans le four (4) au niveau d'un 10 caisson latéral et étant évacués hors du four au travers de l'autre caisson latéral.

20. Unité de traitement thermique selon la revendication 19, caractérisé en ce que le caisson supérieur (56) est globalement parallélépipédique et divisé en quatre 15 compartiments (57a,57b,58a,58b) par deux cloisons (59,60) qui s'étendent suivant des diagonales, un premier compartiment (57a) étant relié à une conduite (8f) d'arrivée des gaz de combustion (Ge) et un deuxième compartiment (57b) étant relié à une conduite (9) d'évacuation des gaz de combustion (Gs), 20 les deux autres compartiments étant reliés chacun à un des caissons latéraux (55a,55b), un volet pivotant (61) médian pouvant être positionné au choix dans le prolongement de l'une ou de l'autre des cloisons diagonales (59,60), de façon à partager le caisson supérieur (56) en deux demi-caissons, 25 le volet pivotant (61) permettant ainsi de diriger les gaz de combustion au choix vers l'un ou l'autre des caissons latéraux (55a,55b).

21. Unité de traitement thermique selon la revendication 20, caractérisé en ce que les caissons latéraux (55a,55b) 30 sont dotés de perforations (65) qui sont réparties sur toute la hauteur de chaque caisson, chaque caisson latéral étant par ailleurs doté d'un panneau (66) coulissant verticalement et permettant, suivant la position choisie, d'obturer toutes les perforations (65) d'une moitié supérieure ou bien toutes 35 celles d'une moitié inférieure dudit caisson latéral, les panneaux (66) étant par ailleurs positionnés en position haute sur un caisson latéral et en position basse sur l'autre caisson latéral en fonction de la position du volet pivotant 2907884 26 (61) du caisson supérieur. (56), le positionnement des panneaux (66) étant choisi de façon à assurer toujours un courant des gaz de combustion qui traversent le four (4) d'une partie basse d'un caisson latéral (55a, 55b) vers une 5 partie haute de l'autre caisson latéral (55b, 55a).