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PROCÉDÉ POUR LA COMBUSTION DE COMBUSTIBLES, AINSI
QU'INSTALLATION DE COMBUSTION POUR LA RÉALISATION
DE CE PROCÉDÉ
L'invention concerne un procédé pour la combustion de combustibles hétérogènes, en particulier de déchets dans des installations de combustion, principalement dans des installations de combustion d'immondices, dans lequel les combustibles sont amenés via un puits à un foyer séparé adjacent, situé en dessous de celui-ci et comportant un fond, pour y être brûlés avec admission d'air de combustion.
En outre, elle concerne une installation de combustion des immondices comportant un foyer, un fond pour ce dernier (éventuellement équipé de moyens de propulsion pour le transport du combustible par-dessus le fond du foyer), ainsi qu'un dispositif d'alimentation pour l'insufflation d'air de combustion dans le foyer et un puits adjacent pour le chargement de combustible.
En règle générale, les installations connues pour la combustion des immondices comportent un grand foyer qui est fermé dans le bas par un fond de foyer généralement réalisé sous forme d'une grille. Ce fond de foyer est disposé soit avec une forte inclinaison ou il comporte des moyens de propulsion appropriés, par exemple, des grilles d'avancement ou analogues. Au point le plus élevé, les déchets sont chargés sur le fond du foyer, par exemple, à l'intervention d'un puits vertical.
Les déchets descendent ensuite sur le fond du foyer et y sont brûlés. On connaît une telle installation de combustion des immondices, par exemple, d'après le document
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DE-A 1.526. 076.
Lors du déplacement par-dessus le fond du foyer, la combustion des déchets se déroule en quatre phases. Tout d'abord, les déchets se dessèchent avec évaporation de l'humidité. Avec le dégazage ultérieur, à une température élevée, des composés de poids moléculaire élevé se décomposent en composés volatils de faible poids moléculaire et en coke. Lors de la gazéification, ce sont surtout l'eau et l'oxyde de carbone qui réagissent. Enfin, les gaz résiduaires volatils et gazeux brûlent. Dans les installations normales de combustion des immondices, ces réactions se superposent. En outre, elles ne se déroulent pas de manière complète.
Le réglage de la température dans l'installation de combustion des immondices exerce dans ce cas une influence essentielle sur l'émission des gaz de fumée. Afin d'obtenir une combustion aussi complète que possible des déchets hétérogènes, on prévoit, selon les prescriptions allemandes pour la pureté de l'air (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft-TA Luft), une température minimale de 800 C. Pour la combustion des PCB, on prescrit même une température de 1. 200 C. Toutefois, des températures élevées présentent un inconvénient du fait que l'on favorise ainsi la formation d'oxydes d'azote. En conséquence, on s'efforce d'éviter l'intervalle de températures dans lequel les oxydes d'azote sont thermodynamiquement stables et de maintenir suffisamment longtemps les gaz résiduaires à une température moyenne.
Toutefois, ceci a pour conséquence une mauvaise combustion des gaz résiduaires et, partant, une émission élevée de substances nocives. Un autre inconvénient réside dans le fait que les températures de combustion habituellement adoptées dans les installations de combustion des immondices, provoquent une scorification des déchets brûlés ce qui, par suite de la tendance à la formation de dépôts, donne lieu à des perturbations au cours du déroulement de l'opération.
Dans le document DE-C 861.451, on décrit un foyer de chaudière à vapeur comportant un puits de distillation lente de combustibles monté en amont dans lequel le résidu de distillation lente est brûlé sur le fond du foyer, tandis
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qu'une partie des gaz de combustion du foyer est exploitée avec addition de gaz de distillation lente purifié pour le chauffage du puits de distillation lente du combustible.
Grâce à un mélange du gaz de combustion et du gaz purifié de distillation lente, dans un espace de chauffage monté en amont du puits de distillation lente du combustible, on assure un chauffage indirect du puits de distillation lente du combustible et l'on recourt au mélange de gaz de combustion ainsi formé et pratiquement exempt d'oxygène comme moyen de purgeage dans le puits de distillation lente de combustibles.
En outre, on connaît des fours de combustion réalisés sous forme de fours à cuve dans lesquels les déchets sont ajoutés par le haut dans un puits central (voir les documents DE-C 2.604. 409, DE-C 3.312. 863, DE-A 2.816. 745). Le puits forme une chambre de décomposition qui est délimitée dans sa partie inférieure par une grille. Dans la chambre de décomposition, en passant de haut en bas, les déchets introduits sont tout d'abord séchés, puis dégazés et enfin (avec combustion partielle), ils sont gazéifiés. En l'occurrence, dans la zone de la grille, on atteint des températures d'environ 800 C. L'énergie nécessaire à la combustion des déchets est produite par l'addition contrôlée de quantités hypostoechiométriques d'air primaire et éventuellement par recyclage des gaz de fumée.
Des résidus de décomposition similaire à du coke, des cendres et d'autres matières inertes tombent à travers la grille pour parvenir dans une chambre de combustion où ils sont brûlés par un apport d'air complémentaire.
Les gaz du processus qui se forment au cours de l'opération de décomposition sont évacués de la chambre de combustion et ils sont brûlés dans une conduite d'alimentation de gaz traversant la chambre de combustion (voir le document DE-C 3.312. 863), dans une chambre de combustion entourant le puits (voir le document DE-A 2.816. 754) ou dans un brûleur spécial à cyclone avec apport d'air secondaire à des températures élevées se situant dans l'intervalle allant de 1.100 à 1. 200"C. De la sorte, on obtient une combustion
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complète car presque stoechiométrique des gaz du processus et, partant, un faible volume de gaz résiduaires. Les valeurs des gaz résiduaires se situent dans les intervalles autorisés. Les pertes de gaz résiduaires sont relativement faibles.
Dans la chambre de combustion elle-même, on peut maintenir les températures dans le domaine de 800 C. En conséquence, la sollicitation thermique des parois de la chambre de combustion est faible. En outre, on évite une fusion des cendres et, partant, une scorification.
Bien que ce procédé ou les fours de combustion fonctionnant à l'aide de celui-ci, déjà connus depuis longtemps sous le nom de ce que l'on appelle des"procédés de combustion de Jülich" (Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4e édition, 1981, volume 6, page 602) aient trouvé accès dans la littérature spécialisée générale, l'élaboration de la technique de grandes installations de combustion des immondices n'en est pas pour autant influencée. Ceci provient du fait que, dans le cas du four de combustion décrit, pour la classe envisagée, il s'agit d'un four à cuve dont le débit est limité (Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4e édition, 1981, volume 6, pages 556,598).
En conséquence, malgré son élargissement croissant, le domaine d'utilisation de ces fours de combustion est resté limité au domaine des petites installations.
Il en est également de même pour le four à cuve décrit dans la publication PCT WO 87/00258.
L'objectif visé à la base de l'invention est de fournir une installation de combustion des immondices à haut débit, installation dans laquelle, d'une part, on évite la fusion des cendres et, par conséquent, une scorification tandis que, d'autre part, les gaz résiduaires formés sont brûlés de telle sorte qu'il ne se forme qu'un faible volume de gaz résiduaires et que la formation de substances nocives, en particulier la teneur en CO, la quantité de substances organiques de poids moléculaire élevé et les oxydes d'azote, restent faibles.
Selon le procédé de l'invention, on réalise cet objectif du fait que, au cours de leur circulation, les
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substances combustibles sont tout d'abord séchées dans le puits de chargement de l'installation de combustion des immondices avec addition d'agents de gazéification, pour être ensuite dégazées et enfin gazéifiées, les gaz du processus formés étant retirés du puits, pour être ensuite introduits dans le foyer en vue de la combustion, tandis que les résidus gazéifiés et analogues au coke sont acheminés au fond du foyer,
l'air de combustion étant amené au foyer en un excès suffisant pour que les résidus analogues au coke soient brûlés à des températures ne dépassant pas 900 C et que le gaz du processus introduit dans le foyer soit mélangé avec l'oxygène résiduel des gaz résiduaires de la combustion des résidus analogues au coke dans un rapport quantitatif au moins stoechiométrique.
Selon l'invention, les combustibles, en particulier les déchets sont donc préconditionnés avant leur introduction dans le foyer d'une installation de combustion, de telle sorte que l'on amène au fond du foyer, des résidus dégazés et gazéifiés séchés que l'on peut brûler complètement à des températures relativement basses inférieures à 900 C, de préférence à 800 C, et ceci en particulier sans formation de scories, tandis que les gaz du processus se formant lors de la décomposition sont également amenés au foyer et y sont brûlés de manière pratiquement stoechiométrique.
En l'occurrence, la combustion est assurée du fait qu'au foyer, on amène de l'air de combustion en un excès correspondant, d'une part en maintenant ainsi la température de combustion au fond du foyer à une faible valeur tandis que, d'autre part, la combustion des gaz du processus a lieu du moins de manière stoechiométrique. De ce fait, le volume des gaz résiduaires et les quantités de substances nocives qui y sont contenues sont faibles et les pertes de gaz résiduaires peuvent être maintenues à une faible valeur. En outre, il se produit un entraînement faible de poussières, ce qui provoque un dépôt nettement plus réduit des poussières, particulièrement sur les surfaces d'échange de chaleur.
De la sorte, pour la première fois, on dispose d'un procédé approprie pour de grandes installations de
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combustion, en particulier, des installations de combustion des immondices en évitant la formation de scories se produisant forcément jusqu'à présent, tout en assurant, malgré tout, une combustion complète des gaz résiduaires sans énergie supplémentaire. Grâce à la particularité du procédé, aucune limite n'est imposée au débit, c'est-à-dire qu'en principe le procédé est applicable même à de grandes installations de combustion. En l'occurrence, un avantage particulier réside dans le fait que le fond du foyer qui, dans de telles installations, est la cause des coûts de fabrication principaux, peut être maintenu à des dimensions courtes, car il ne s'y produit plus que la combustion.
Dans une forme de réalisation selon l'invention, dans la zone de l'embouchure dans le foyer des gaz du processus, on ajoute de l'air secondaire afin de régler le rapport quantitatif au moins stoechiométrique. Ceci permet un réglage fin de la combustion dans le but d'atteindre, autant que possible, une combustion légèrement hyperstoechiométrique.
Il conviendrait que l'air de combustion soit amené aux résidus analogues au coke par la face inférieure du fond du foyer, car on favorise ainsi la combustion des résidus aux températures relativement basses désirées.
Selon une forme de réalisation complémentaire de l'invention, il est prévu que les agents de gazéification soient ajoutés au-dessus de l'endroit où les gaz du processus sont retirés du puits. De préférence, il conviendrait d'assurer l'alimentation en deux plans superposés. En l'occurrence, on a constaté qu'il était avantageux que les agents de gazéification contiennent de l'air et/ou des gaz de fumée ou en soient constitués.
Une installation de combustion fonctionnant selon le procédé décrit précédemment est caractérisée selon l'invention en ce que le puits est réalisé sous forme d'un four à cuve pour le séchage, le dégazage et la gazéification des déchets, que le four à cuve comporte des dispositifs d'admission pour l'admission d'agents de gazéification et que dans la zone inférieure du four à cuve, un canal d'évacuation est prévu pour l'évacuation des gaz formés au cours du processus,
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ce canal débouchant dans le foyer, le dispositif d'alimentation d'air pouvant être réglé pour ce qui concerne la quantité d'air alimentée de telle sorte que le résidu analogue au coke dans le four à cuve brûle à des températures inférieures à 900 C, de préférence,
dans le domaine de 800 C et que l'oxygène résiduel des gaz résiduaires de la combustion des résidus analogues au coke vienne se mélanger avec les gaz du processus introduits à partir du four à cuve dans un rapport quantitatif au moins stoechiométrique.
L'installation de combustion selon l'invention se distingue par le fait que les déchets amenés à la grille sont préconditionnés dans un four à cuve monté en amont de telle sorte qu'il se forme des résidus analogues au coke que l'on peut brûler à des températures relativement basses se situant en dessous de 900 C sur la grille, sans formation de scories.
Les gaz du processus se formant lors de la décomposition des déchets sont soumis à une combustion ultérieure dans le foyer en amenant l'air de combustion en un excès tel que la combustion du gaz du processus provenant du four à cuve ait lieu du moins en une quantité stoechiométrique. Dans une telle installation de combustion, il se forme uniquement des cendres exemptes de scories, ainsi qu'un gaz résiduaire en quantité relativement faible et, de plus, encore pauvre en substances nocives. En l'occurrence, l'installation de combustion selon l'invention se distingue également par le fait qu'elle peut être réalisée par une transformation ultérieure d'installations de combustion déjà existantes.
Dans une forme de réalisation de l'invention, il est prévu qu'un canal supplémentaire d'alimentation d'air secondaire débouche dans la zone d'embouchure du canal d'évacuation dans le foyer, ce canal étant pourvu d'une régularisation d'air secondaire telle que le gaz du processus brûle au moins dans une proportion stoechiométrique. Un tel canal d'alimentation d'air secondaire supplémentaire permet un réglage fin du rapport de combustion et il assure une combustion propre des gaz du processus se formant dans le four à cuve. En principe, il conviendrait que le dispositif d'alimentation d'air pour l'air de combustion débouche en
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dessous du foyer.
En outre il est prévu selon l'invention que les dispositifs d'alimentation pour les agents de gazéification soient reliés à la cheminée du foyer afin de permettre un recyclage des gaz résiduaires. De même, il conviendrait que les dispositifs d'alimentation soient répartis sur deux plans superposés et qu'ils soient situés au-dessus du canal d'évacuation.
Le canal d'évacuation pour les gaz du processus hors du four à cuve entoure ce dernier avantageusement sous une forme circulaire, et il est relié au four à cuve au moyen d'ouvertures réparties sur la périphérie.
Dans le dessin annexé (figure unique), l'invention est illustrée plus amplement par un exemple de réalisation représenté schématiquement. Ce dessin illustre, par une coupe verticale, une installation de combustion d'immondices (1). L'installation de combustion d'immondices (1) est réalisée en deux parties. Du côté de son entrée, elle comporte un four à cuve (3) dans lequel les déchets (4) sont introduits continuellement et sont maintenus à peu près à hauteur du repère du remplissage (5). Dans ce four à cuve (3), on décompose les déchets (4), c'est-à-dire qu'on les sèche tout d'abord, puis on les dégaze et enfin, on les gazéifie. L'énergie nécessaire à cet effet est produite par l'addition de quantités hypostoechimétriques d'air primaire et, en fait, dans un premier plan supérieur (6), puis dans un deuxième plan (7) situé à l'écart en dessous.
A cet effet, dans les deux plans (6,7), on pratique des ouvertures d'entrée (par exemple, désignées par le repère (8)) par lesquelles (ce qui n'est pas représenté plus en détail), l'air primaire est introduit dans le four à cuve (3) où il s'écoule vers le bas.
En outre, on prévoit un recyclage des gaz de fumée, de manière qu'avec ceux-ci, l'air primaire, de même que les jaz de fumée sont introduits dans le four à cuve (3) ou sa chambre de décomposition. Par suite de sa haute teneur en CO et en HzO, le gaz de fumée entretient la gazéification des déchets et de la sorte, les températures régnant dans la zone inférieure du four à cuve restent limitées dans le domaine
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d'environ 800 C. De cette manière, on évite une formation de scories.
A l'extrémité inférieure et donc en dessous des plans (6 et 7), le four à cuve (3) est entouré d'un canal annulaire (9). Ce canal annulaire (9) est relié au four à cuve (3) par des ouvertures. Les gaz du processus se formant dans le four à cuve (3) lors de la décomposition des déchets s'y écoulent et sont évacués de la sorte hors du four à cuve (3).
Les résidus analogues au coke (10) qui restent, tombent sur une grille (11) inclinée vers le bas formant la délimitation inférieure d'un foyer (12). A l'extrémité inférieure de la grille (11), vient se raccorder un canal d'évacuation des cendres (13).
Sur la face inférieure de la grille (11), se trouve un canal d'alimentation d'air (14), par lequel l'air de combustion est insufflé par le bas à travers la grille (11) et, donc, à travers les résidus analogues au coke (10). En l'occurrence, le débit volumique est réglé de telle sorte que les résidus analogues au coke (10) soient brûlés à une température d'environ 800 C. Il subsiste des cendres exemptes de scories que l'on élimine par le canal d'évacuation (13) hors du foyer (12).
Le foyer (12) se rétrécit tout d'abord vers le haut, puis se transforme en un élargissement (15). Dans la zone du rétrécissement, le canal annulaire (9) débouche dans le foyer (12). Dès lors, les gaz du processus se formant dans la chambre de décomposition du four à cuve (3) sont introduits, via le canal annulaire (9), dans le foyer (12). Dans ce dernier, ils sont brûlés et, grâce à l'apport d'air correspondant via le canal d'alimentation d'air (14), on est assuré que, dans la zone de l'embouchure du canal annulaire (9), il reste encore une quantité suffisante d'oxygène pour une combustion au moins stoechiométrique, de préférence, légèrement hyperstoechiométrique.
La combustion a lieu à des températures de 1.100 à 1. 200 C. La manière que les gaz du processus, de même que les gaz résiduaires de la combustion des résidus analogues au coke (10) brûlent essentiellement
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sans énergie supplémentaire et, en fait, avec une formation faible de substances nocives telles que, par exemple, des oxydes d'azote ou de l'oxyde de carbone.
Face à l'embouchure du canal annulaire (9), est prévu un canal d'alimentation d'air secondaire (16) par lequel on peut insuffler l'air secondaire supplémentaire. Ce canal d'alimentation d'air secondaire (16) convient pour le réglage fin du processus de combustion, en particulier, pour le maintien de la combustion au moins stoechiométrique.
Les gaz résiduaires brûlés de la sorte passent comme gaz de fumée à travers l'élargissement (15) et un générateur de vapeur (17) avec échangeur de chaleur (18) qui le suit. A cet endroit et, en dessous, on prévoit une ouverture (19) d'élimination des cendres. Ensuite, les gaz de fumée parviennent dans un canal (20) allant à une cheminée. De ce canal de gaz de fumée (20), une fraction de ceux-ci parvient, via un canal de recyclage (21), dans le four à cuve (3) comme agent de gazéification supplémentaire, un compresseur (22) étant prévu pour assurer la mise en circulation.