EP0663991B1

EP0663991B1 - Appareil et installation pour l'incineration de dechets

Info

Publication number: EP0663991B1
Application number: EP93922979A
Authority: EP
Inventors: Charles Le Guyader
Original assignee: CHANTIER NAVAL GLEHEN PIERRE ET FILS
Current assignee: CHANTIER NAVAL GLEHEN PIERRE ET FILS
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1993-10-12
Publication date: 1997-03-12
Anticipated expiration: 2013-10-12
Also published as: EP0663991A1; FR2696817B1; WO1994009318A1; DE69308869D1; FR2696817A1

Abstract

Cet appareil comporte un foyer (2) pourvu d'une ouverture de chargement, d'une grille de combustion (8) disposée au fond du foyer, d'une ouverture d'admission d'air et d'une cheminée (3) d'évacuation des gaz brûlés dont l'embouchure se raccorde en partie supérieure du foyer; il est remarquable par le fait que la cheminée (3) comprend une tubulure (34) d'échappement des gaz brûlés qui est dirigée vers le bas et qui débouche à l'extérieur par son extrémité basse, cette tubulure étant équipée intérieurement d'un diffuseur d'eau (6) également dirigé vers le bas.

Description

La présente invention a pour objet un appareil incinérateur de déchets, ainsi qu'une installation d'incinération équipée d'un tel appareil.
L'invention concerne notamment, mais non exclusivement, un incinérateur destiné à être utilisé sur les navires.
La réglementation internationale interdit de rejeter à la mer la plupart des déchets produits par les navires, notamment les ordures ménagères, les emballages et les bouteilles en matière plastique, les résidus d'hydrocarbures, les chiffons gras ayant servi au nettoyage des machine, etc.
Il convient de signaler que la nature de ces déchets est très hétéroclite, et certaines matières brûlent et s'éliminent par incinération beaucoup plus facilement que d'autres.
Il existe sur certains navires des appareils spécifiques d'incinération des déchets. Ces appareils sont extrêmement sophistiqués et coûteux, et souvent difficiles à utiliser et à entretenir, si bien qu'ils sont rarement utilisés dans la pratique. En outre, ce genre d'appareil rejette des fumées opaques et polluantes, la combustion des matières étant généralement mauvaise et incomplète.
Sur les navires ne possédant pas ce genre d'appareil, l'incinération se fait bien souvent dans de simples fûts métalliques. Dans ce cas l'incinération est médiocre. De plus l'opération est extrêmement dangereuse, des fumées chaudes et des particules incandescentes pouvant librement s'échapper du fût, et constituant donc des causes d'incendie. Ceci est bien entendu inadmissible, en particulier sur des navires qui transportent des produits inflammables.
C'est pourquoi, l'objectif de la présente invention est de proposer un appareil et une installation d'incinération qui, tout en étant de conception simple et d'un prix de revient faible, soient faciles à utiliser et permettent de brûler avec une grande efficacité et sans danger d'incendie des matières, même hétéroclites.
Il convient de signaler que le document FR-A-1 231 446 décrit un appareil de chauffage qui assure également une fonction d'incinérateur. L'appareil comporte un foyer pourvu d'une ouverture pour le chargement des déchets à incinérer, d'une ouverture d'admission d'air, d'une grille de combustion disposée au fond du foyer, et d'une cheminée d'évacuation verticale. Celle-ci se raccorde à la paroi supérieure du foyer et débouche dans l'astmosphère, vers le haut.
L'appareil est équipé de ventilateurs à commande électrique, dont le rôle est d'améliorer le tirage, et par conséquent de réaliser une incinération efficace et complète.
Malheureusement, cet appareil connu ne résoud pas le problème d'absence de sécurité qui vient d'être mentionné, l'échappement de fumées chaudes et incomplètement éteintes par la cheminée vers l'extérieur étant toujours possible. En outre, la présence de ventilateurs électriques accroît le prix de revient de l'appareil.
Dans le document US-A-2 194 490 est décrit un appareil incinérateur comportant des moyens de combustion électriques, qui est monté sur une installation sanitaire. Les gaz brûlés sont évacués par un conduit coudé formant siphon (en anglais "trap") vers un tuyau d'évacuation des eaux usées.
A la partie haute du siphon, côté amont, débouche une buse d'injection d'eau, dont la fonction est de créer une succion dans le conduit, et ainsi d'aspirer les gaz hors de l'appareil. Théoriquement, ces gaz traversent ensuite le siphon, jusqu'au tuyau d'évacuation des eaux usées. Dans celui-ci l'eau va naturellement descendre par gravité vers le réseau d'égouts, tandis que les gaz vont s'échapper vers le haut pour rejoindre l'atmosphère. Le tuyau est donc ouvert à son extrémité haute, jouant ainsi le rôle d'une cheminée classique.
Dans son principe, cet appareil est séduisant, dans la mesure où l'effet de succion de la buse d'injection d'eau est censé améliorer le tirage et l'évacuation des fumées.
Malheureusement, une telle installation ne peut pas fonctionner en pratique car le volume d'eau qui occupe nécessairement la partie basse du siphon empêche le passage des gaz. Il convient de noter que cet appareil ne possède pas de cheminée dirigée vers le bas. C'est de manière fortuite, par suite de la présence du siphon, qu'une partie du conduit de passage des gaz est dirigée vers le bas, formant la branche amont du "U" constituant le siphon. Comme expliqué ci-dessus, la cheminée d'évacuation des gaz est bien dirigée vers le haut.
Par le document FR-A-1 170 060 on connaît par ailleurs un dispositif servant à laver et refroidir les gaz brûlés d'un chauffe-eau à gaz. Ce dispositif connu comprend une pipe d'aspiration des gaz brûlés dont l'entrée est positionnée au-dessus de la cheminée du chauffe-eau, à une certaine distance de cette dernière. Dans le coude de la pipe d'aspiration est monté un injecteur d'eau pulvérisée apte à aspirer les gaz brûlés avec de l'air ambiant dans la pipe puis à laver, refroidir et entraîner les gaz brûlés vers le bas, dans la partie verticale de la pipe.
Toutefois, ce dispositif n'a aucune influence sur la pression règnant dans la chambre de combustion du chauffe-eau et est sans effet sur le tirage.
L'appareil incinérateur de déchets qui fait l'objet de l'invention est du même type général que celui décrit dans le document FR-A-1 231 446 précité.
Il comporte un foyer pourvu d'une ouverture de chargement, d'une grille de combustion disposée au fond du foyer, d'une ouverture d'admission d'air, et d'une cheminée d'évacuation des gaz brûlés dont l'embouchure se raccorde en partie supérieure du foyer.
Cet appareil est remarquable par le fait, d'une part, que la cheminée comprend une tubulure d'échappement des gaz brûlés qui est dirigée vers le bas et qui débouche à l'extérieur par son extrémité basse, et, d'autre part, que cette tubulure est équipée intérieurement d'un diffuseur d'eau également dirigé vers le bas.
Ainsi, ce diffuseur remplit une double fonction.
La première de ces fonctions est de créer dans le foyer une dépression par rapport à la pression atmosphérique, ce qui assure une entrée naturelle de l'air de combustion par l'ouverture d'admission d'air et empêche les gaz chauds de sortir par les couvercles des ouvertures de chargement et de nettoyage du foyer, lesquelles ne sont pas forcément fermées de manière étanche. Cette mise en dépression du foyer assure un bon tirage, permettant une combustion efficace et complète des déchets. L'ensemble des gaz chauds, y compris les particules incandescentes en suspension sont attirés par l'effet de succion dans la cheminée, évitant les fuites, sources de danger.
La seconde fonction du diffuseur interne d'eau est d'éteindre les particules incandescentes présentes dans les gaz brûlés, de refroidir et de laver les fumées, si bien que les gaz brûlés s'échappant de l'appareil sont peu polluants et froids ou tièdes.
A cet égard il convient de noter que la disposition renversée de la cheminée contrarie l'échappement de gaz encore chauds, puisque ceux-ci ont une tendance naturelle à monter.
Par ailleurs, les caractéristiques de l'invention sont definies dans la revendication 1.
L'installation d'incinération de déchets selon un mode de réalisation préféré de l'invention comprend un appareil tel que décrit ci-dessus. Elle comporte des moyens pour récupérer l'eau diffusée à la sortie de la cheminée, pour l'épurer et pour la ramener au diffuseur selon un circuit fermé.
Il convient de signaler qu'il est connu en soi d'épurer puis de réutiliser, dans des systèmes travaillant en circuit fermé, de l'eau de lavage de gaz brûlés (voir par exemple EP-A-0 152 061).
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent un mode de réalisation préférentiel.
Sur ces dessins :

la figure 1 est une vue éclatée, en perspective, de l'appareil ;
la figure 2 est une vue en coupe transversale par un plan vertical passant par l'axe de la cheminée de l'appareil de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue de détail, en coupe axiale, du diffuseur d'eau ;
la figure 4 est une vue schématique qui illustre le fonctionnement d'une installation conforme à l'invention.

L'appareil incinérateur de déchets, référencé 1, représenté sur les figures 1 et 2 comprend un caisson 2 de forme générale parallèlépipèdique rectangle, par exemple cubique, à double paroi, constituant le foyer de l'appareil.
Ses parois, aussi bien intérieure qu'extérieure, sont réalisées dans des plaques de tôle d'acier réfractaire assemblées par soudure. Les faces internes des parois intérieures sont revêtues d'un matériau réfractaire non représenté à la figure 1 et référencée 26 à la figure 2. Il s'agit par exemple d'un assemblage de briques réfractaires permettant d'obtenir une température élevée du foyer, pour une bonne incinération.
Sur les figures, les plaques intérieures constitutives du foyer sont référencées 20 pour désigner la paroi supérieure horizontale, 21 pour désigner les parois latérales et avant et arrière, 23 pour la paroi de fond.
Les éléments de paroi externes sont désignés 40 pour les plaques latérales, 41 pour les plaques avant et arrière, 42 pour la plaque supérieure.
Le caisson est supporté par quatre pieds 22 (dont un seulement est représenté à la figure 1) qui permettent de le supporter sur un plan S.
Des entretoises appropriées 210 maintiennent l'écartement souhaité entre les éléments de paroi interne et externe, ménageant un espace périphérique dans lequel l'air peut pénétrer par le bas. Les plaques supérieures interne 20 et externe 42 présentent respectivement une ouverture 200 et une échancrure 420 venant en correspondance avec l'ouverture 200, pour permettre l'introduction des déchets à brûler dans le foyer. Un couvercle 43 est prévu pour obturer l'ouverture 200 en cours d'utilisation.
A la base du foyer est prévue une grille de combustion 8 destinée à recevoir les déchets à brûler. Celle-ci est supportée par des cornières latérales 80 (dont une seule est représentée à la figure 1). Les cornières 80 sont de préférence réversibles et réglables en hauteur. La paroi avant du foyer est pourvue, en partie basse, d'un couvercle 7 de nettoyage du foyer, qui est maintenu en place par une traverse 72 et des vis de serrage 73.
L'entrée d'air de combustion se fait naturellement par une ouverture 70 ménagée dans le couvercle 7. Un volet coulissant 70 permet de régler le débit d'air entrant dans le foyer en découvrant plus ou moins l'ouverture 70.
L'ouverture 70 se trouve en-dessous du niveau de la grille 8. Au fond du foyer, une ouverture 74 équipée d'un volet 75 permet l'évacuation des cendres et autres résidus.
L'appareil est équipé d'une cheminée 3 d'évacuation des gaz brûlés.
Il s'agit d'un tube cylindrique ayant la forme générale d'un "J" renversé.
Le tube est formé de tronçons 30, 31, 32, 33 et 34 fixés les uns aux autres par soudage.
Le tronçon 30 est un manchon rectiligne de faible longueur disposé verticalement et dont la base traverse des ouvertures circulaires ménagées dans les plaques 20 et 42. Le manchon 30 est soudé à chacune de ces plaques, pour déboucher dans le foyer.
A l'extrémité haute du manchon 30 est soudé un premier coude 31 qui décrit un secteur angulaire de 90°. Ce coude se raccorde lui-même à un manchon rectiligne 32 sensiblement horizontal qui s'étend latéralement, vers l'un des côtés du foyer. Sa longueur est suffisante pour que son extrémité opposée arrive au-delà de l'une des parois latérales 40 du foyer.
Le manchon 32 est lui-même fixé par soudage à un second coude 33 qui décrit également un secteur angulaire de 90°, et dont l'embouchure est dirigée vers le bas.
A cette embouchure est soudée une tubulure 34 d'axe vertical. La longueur L1 de cette dernière est du même ordre de grandeur, et de préférence légèrement supérieure à la hauteur L2 du foyer (voir figure 2).
Le dessus du second coude 33 présente une ouverture, autour de laquelle est soudé un petit manchon 35, coaxial à la tubulure 34. Ce manchon reçoit un système d'amenée et de diffusion d'eau dans la cheminée.
Le système comprend un conduit d'amenée 5 dont l'extrémité porte une douille de montage 50 emboîtée et fixée dans le manchon 35. A son extrémité libre est vissée une bague doublement taraudée 51 dans laquelle est fixé un organe diffuseur 6.
La figure 3 est une vue de détail du diffuseur 6. Celui-ci comprend un corps creux 60 vissé dans la bague 51. Le corps 60 présente deux alésages 61, 62 reliés par des canaux 64 autorisant le passage de l'eau de l'alésage supérieur 61 à l'alésage inférieur 62. L'alésage inférieur 62 débouche vers le bas par une paroi chanfreinée conique divergente 63. Dans la partie centrale du corps 60 qui sépare les alésages 61 et 62 est vissée une tige filetée axiale 66.
Cette tige se prolonge vers le bas dans l'alésage 62 et à l'extérieur du corps 60. Elle reçoit un organe pulvérisateur constitué par un écrou tronconique 65, dont l'angle au sommet de la paroi conique correspond à celui du chanfrein 63.
En vissant plus ou moins l'organe 65 sur la tige 66 on peut rapprocher plus ou moins l'une de l'autre les deux parois coniques, et par conséquent faire varier l'interstice 620 qui les sépare. Des écrous 67, 68 qui jouent le rôle de contre-écrous, empêchent les déréglages de la vis 66 et de l'écrou 65.
L'eau qui est amenée par le conduit 5 au diffuseur 6 va donc traverser les canaux 64 pour venir occuper l'alésage 62 d'où elle va s'échapper sous forme de pluie, selon un jet conique.
Cette pluie va descendre à l'intérieur de la tubulure 34, sur toute la longueur L1.
La finesse des gouttelettes d'eau va dépendre de la section de passage correspondant à l'interstice 620, et donc du réglage en hauteur de l'organe 65.
A l'intérieur du foyer est disposée une rampe d'arrosage 25 alimentée en eau par un conduit d'amenée 250. La rampe 25 s'étend horizontalement en partie haute dans la région centrale du foyer.
Son rôle est de permettre une extinction rapide des matières en combustion à l'intérieur du foyer, en cas de danger, par ouverture d'une vanne de commande (non représentée).
Nous allons maintenant expliquer comment fonctionne cet appareil.
Les déchets à brûler sont introduits dans le foyer à travers l'ouverture 200, et viennent reposer sur la grille de combustion 8. On enflamme les matières, éventuellement en utilisant un combustible d'appoint pour le démarrage de l'opération.
Le couvercle 43 étant mis en place pour obturer l'ouverture 200, l'air de combustion arrive dans le foyer par le dessous de la grille, à travers l'ouverture réglable 70.
En cours d'opération, de l'eau sous pression est amenée au diffuseur 6, grâce à une pompe appropriée, comme symbolisé par la flèche G à la figure 2.
Comme déjà dit, l'eau sort du diffuseur 6 sous forme de gouttelettes de pluie qui sont pulvérisées à l'extrémité supérieure de la tubulure 34.
Cette diffusion, qui se fait de manière permanente, provoque une aspiration en amont de la tubulure, c'est-à-dire dans les parties 33, 32 31 et 30 de la tubulure. Cette aspiration est favorable à l'évacuation des gaz brûlés, qui pénètrent dans la cheminée comme symbolisé par les flèches F à la figure 2.
La mise en dépression du foyer favorise également l'admission d'air, à travers l'ouverture 70, et permet d'obtenir un excellent tirage, propice à une combustion complète de toutes les matières, même peu inflammables, diposées sur la grille.
Le courant de fumée entrant dans la cheminée transporte en général des particules incandescentes en suspension.
Lors de leur trajet descendant dans la tubulure 34, ces particules vont se trouver éteintes par les gouttelettes d'eau émises par le diffuseur 6 à l'intérieur de la tubulure.
Les gouttelettes d'eau réalisent également un refroidissement et un lavage des fumées.
Etant donné la longueur relativement grande L1 de la tubulure, on est assuré que le mélange d'eau et de gaz qui débouche dans l'atmosphère à la base de la tubulure 34, symbolisé par les flèches I à la figure 2, se trouve à une température relativement basse et ne contient plus de particules incandescentes. Ce mélange est donc incapable de déclencher un incendie.
En cours d'opération, de l'air froid peut pénétrer librement par le bas, entre les parois interne et externe du caisson constitutif du foyer. Les éléments de paroi extérieurs se trouvent ainsi maintenus à une température modérée, assurant une protection des brûlures par contact.
Cet air de réfrigération des parois monte vers la partie haute du foyer puis est évacué par des ouvertures appropriées, par exemple par l'échancrure 420 disposée au-dessus du couvercle 43.
Eventuellement, cet air chaud peut être capté pour une utilisation subséquente.
La figure 4 représente schématiquement une installation d'incinération de déchets utilisant un appareil 1 du genre décrit.
Dans cette installation l'eau est diffusée dans la cheminée et récupérée et recyclée après traitement, c'est-à-dire renvoyée au diffuseur 6.
La cheminée 3 débouche dans une tour 9 de séparation des fumées et de l'eau. A la base de la tour est disposé un cône déflecteur 90. Les fumées lavées s'échappent de la tour 9 par une cheminée 910, comme symbolisé par la flèche J.
Le circuit de recyclage 900 est équipé d'une pompe 93 assurant la circulation de l'eau prélevée dans la tour 9 pour l'amener au diffuseur 6.
Sur ce circuit est installé un dispositif d'épuration 91. Il s'agit par exemple d'un dispositif de centrifugation qui sépare les particules liquides et solides.
Ensuite l'eau traverse un dispositif de refroidissement 92. Il s'agit d'un échangeur de chaleur. L'eau, encore tiède, est par exemple exposée à un jet d'air froid A produit par un ventilateur.
Enfin, avant d'arriver au diffuseur 6, l'eau traverse un filtre 94 qui parfait l'épuration.
Un appoint d'eau et des produits de traitement peuvent être rajoutés au circuit, par exemple dans la tour 9, comme symbolisé par les flèches B1 et B2.
Il va de soi qu'il est possible d'équiper l'appareil et l'installation qui viennent d'être décrites de moyens d'asservissement et de contrôle.
Ainsi, le réglage du débit d'air de combustion peut être effectué automatiquement par un système de régulation agissant sur le volet 71 en fonction de la température des fumées.
L'extinction du foyer par la rampe 25 peut être déclenchée automatiquement si les conditions d'opération deviennent anormales, par exemple si l'amenée de l'eau au diffuseur se fait de manière incorrecte.
Des systèmes mécaniques de ventilation ou d'aspiration des fumées peuvent être rajoutés.
Dans une variante, il est possible de prévoir plusieurs systèmes de diffusion d'eau à la partie haute de la tubulure 34. Ainsi, le diffuseur pourrait comporter par exemple deux cônes 65 placés l'un au-dessus de l'autre.
Un tel appareil est particulièrement adapté pour des applications maritimes, notamment pour équiper des navires de commerce. Toutefois, il va de soi que son utilisation ne se limite pas à ce genre d'application. Il est également utilisable à des fins industrielles, domestiques, ou pour les collectivités, par exemple dans les hôpitaux.

Claims

Appareil incinérateur de déchets, qui comporte un foyer (2) pourvu d'une ouverture de chargement (200), d'une grille de combustion (8) disposée au fond du foyer, d'une ouverture (70) d'admission d'air, et d'une cheminée (3) d'évacuation des gaz brûlés dont l'embouchure (30) se raccorde en partie supérieure du foyer, caractérisé par le fait que ladite cheminée (3) est formée de quatre tronçons successifs comprenant, du foyer (2) vers l'extérieur:
- un manchon rectiligne (30) sensiblement vertical se raccordant à la paroi supérieure (20) du foyer (2) ;

- un premier coude (31) décrivant un secteur angulaire de 90° ;

- un manchon rectiligne (32) sensiblement horizontal ;

- un second coude (33) décrivant un secteur angulaire de 90° ;

- un conduit vertical (34) qui constitue une tubulure d'échappement des gaz brûlés débouchant à l'extérieur par son extrémité basse, et dont la longueur (L1) est supérieure ou égale à la hauteur (L2) du foyer (2) ;
et qu'il comporte un diffuseur d'eau (6) qui est monté intérieurement en partie haute du conduit (34), et est adapté pour diffuser des gouttelettes d'eau sous forme d'un jet de pluie conique dirigé vers le bas à l'intérieur dudit conduit (34).
Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le foyer (2) est à double paroi (21-40 ; 20-42), l'espace entre les parois autorisant une circulation d'air pour la réfrigération du foyer.
Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit diffuseur d'eau (6) comprend un corps creux (60) à base chanfreinée, et un organe pulvérisateur à paroi conique (65), dont la position est réglable en hauteur.
Installation d'incinération de déchets comportant un appareil (1) conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'elle comporte des moyens (9, 91, 92, 93, 94) pour récupérer l'eau diffusée à la sortie de la cheminée (3), pour l'épurer et pour la ramener au diffuseur (6) selon un circuit fermé.