EP0997686B1 - Dispositif pour le traitement par oxydation thermique de résidus solides, liquides et gazeux produits par les abattoirs et les unités d'equarrissage - Google Patents

Dispositif pour le traitement par oxydation thermique de résidus solides, liquides et gazeux produits par les abattoirs et les unités d'equarrissage Download PDF

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    • F23G2900/54402—Injecting fluid waste into incinerator

Definitions

  • the dehydration and conditioning of the flours produces fumes which are, in fact, the aqueous part of the charge collected in the form of vapor more or less charged with fats carbonated and in highly odorous volatile compounds.
  • This vapor phase represents approximately 40% of the initial weight and must be oxidized at high temperature.
  • Part of the fat is collected at the outlet of the cooker and another part, after extraction by pressing of the solid residue.
  • the solid phase partially dehydrated and defatted, represents 30 to 40% of the incoming charge. Insofar as it comes from contaminated animals declared unfit for recycling in the cattle food chain, it must be incinerated.
  • High calorific fats can be used as an auxiliary fuel in the heat treatment device.
  • the present invention is based on a oven incinerator type device according to the preamble of claim 1 as described in WO 89/12783.
  • the interior of the oven is lined with refractory products, bricks or concrete, to insulate the walls and resist high temperatures.
  • the hearth is rotated by means of rollers or by chain and gear.
  • Solid waste is introduced at the facade by screw or pusher. It's in also facade which are injected the liquid and gaseous effluents, as well as the combustion air.
  • the regular and continuous rotation of the furnace causes the mass of solid waste as soon as it introduction and during combustion in a permanent reversal movement, accompanied by mixing and fractionation of the mass which allows the waste to be exposed, permanently renewed, to the radiation of the refractory lining and to the combustion air, of which depends on the activation of combustion.
  • the present invention relates to a device for injecting combustion air, as well as other fluids, which leads to perfect control of the internal aerodynamics of the oven, allows a distribution of the oxygen in the air at the level of the solids load and thereby overcomes the drawbacks and defects of the known devices, linked, as indicated above, to a distribution random combustion air.
  • combustion is complete at the outlet of the rotary kiln and the negligible unburnt content, both in gases and in slag.
  • the device used consists of a multifluid member, hereinafter designated combustor, whose geometric and energetic characteristics as well as the positioning on the front of the oven constitute the material of the invention.
  • the combustor is presented as a multiple inlet and flow injection nozzle parallel, of the tube-in-tube type, which receives all the fluids admitted into the furnace separately, know: liquid or gaseous support fuel, liquid effluents, gaseous effluents, air atomization and combustion air, to inject them in a single jet, strictly flowing axial in the furnace.
  • liquid or gaseous support fuel liquid effluents, gaseous effluents, air atomization and combustion air, to inject them in a single jet, strictly flowing axial in the furnace.
  • the geometric characteristics of the combustor are dependent on those of the Rotary kiln; as will be explained below.
  • the axis of the combustor is offset from the axis of the rotary oven with a distance depending on the diameter of the oven and an angle related to the speed of rotation.
  • the device combines a succession of elements whose conjunction achieves the implementation work of the process, as indicated in Figures 1 and 2 attached.
  • FIG. 1 shows schematically the device of the invention in longitudinal section.
  • the rotary kiln (1) inclined at an angle ⁇ to the horizontal and of internal diameter D, is supplied on the front with solids to be incinerated by the screw (2) and with active fluids by the combustor (3). It opens at the other end into the fixed afterburner (4). Upstream, the solid residues (5) are brought into a storage (6), then distributed by a hopper recovery screw (7) to the screw (2).
  • the liquid effluents (8) are stored in the tank (9), then admitted by pumping to the fuel (3).
  • the combustor (3) also receives compressible fluids, such as: atomizing air (10), gaseous or mist effluents (11), combustion air (12).
  • the slag (13) is collected under the post-combustion chamber (4) and the combustion gases (14) escape at the top towards the treatment of the fumes.
  • Figure 2 shows schematically a front view, facade side, of the rotary kiln (1). It specifies the position of the burner (3) and the solid screw (2), as well as the direction of rotation of the oven (1).
  • the radial axis of the combustor (3) makes an angle ⁇ relative to the vertical, depending on the oven rotation speed (1).
  • this angle is close to 20 °.
  • the auxiliary fuel consists of animal fats with high calorific value, extracted during the flour making process.
  • the condition G ⁇ 60 W must be fulfilled, that is: G ⁇ 410 Newton.
  • the device can be used for other applications which are not outside the scope of the invention.
  • the device makes it possible to incinerate gaseous and liquid effluents simultaneously, some of these effluents with appreciable calorific value being able to be used as energy supply of support.

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Description

Le secteur technique de l'invention est celui du traitement thermique des résidus produits dans les abattoirs industriels et les unités d'équarrissage.
Les résidus en cause concernent, pour l'essentiel, les produits résultant de la transformation en farines de carcasses d'animaux ou de sous-produits divers, tels que soies de porcs, viscères, os, plumes, etc..., à savoir :
  • Les farines impropres à la consommation animale.
  • Les graisses et les boues grasses du traitement des effluents de l'usine.
  • Les buées de déshydratation et de cuisson.
A partir du cadavre d'un bovin, par exemple, qu'il s'agit de traiter dans les règles imposées par la réglementation, les produits à éliminer, mentionnés ci-dessus, sont obtenus dans une chaíne de traitement qui comprend schématiquement les stades suivants :
  • Broyage
  • Déshydratation dans un cuiseur chauffé à la vapeur
  • Pressage et conditionnement des farines
La déshydratation et le conditionnement des farines produisent des buées qui sont, en fait, la partie aqueuse de la charge recueillie sous forme de vapeur plus ou moins chargée en graisses gazéifiées et en composés volatils fortement malodorants. Cette phase vapeur représente environ 40 % du poids initial et doit être oxydée à haute température.
Une partie des graisses est récupérée à la sortie du cuiseur et une autre partie, après extraction par pressage du résidu solide.
La phase solide, partiellement déshydratée et dégraissée, représente de 30 à 40 % de la charge entrante. Dans la mesure où elle provient d'animaux contaminés et déclarés impropres au recyclage dans la chaíne alimentaire pour bétail, elle doit être incinérée.
Les graisses à fort pouvoir calorifique peuvent être utilisées comme combustible d'appoint dans le dispositif du traitement thermique.
Bien entendu, la combustion des produits considérés ci-dessus doit s'effectuer en conformité avec les dispositions légales, de plus en plus contraignantes.
L'objet de la présente invention se rapporte précisément à l'optimisation des conditions de combustion de l'ensemble des résidus en cause.
Concernant l'art antérieur, différents procédés peuvent être utilisés pour incinérer les produits en cause, au moyen de fours de diverses conceptions, tels que fours à sole tournante, à grilles mécaniques, à lit fluidisé, à pyrolyse, rotatifs, à flamme nue.
Parmi toutes les technologies possibles, celle du four rotatif faiblement incliné sur l'horizontale prévaut, par exemple décrit dans DE -A-1 551 845 et WO 89/12783.
La présente invention est basée sur un dispositif du type incinérateur à four selon le préambule de la revendication 1 comme décrit dans le document WO 89/12783.
Il s'agit d'un four se présentant comme un cylindre allongé, disposé entre une façade fixe côté entrée et une chambre fixe de décendrage côté sortie pour récupération des scories constituées par les parties incombustibles. L'intérieur du four est garni de produits réfractaires, briques ou bétons, pour isoler les parois et résister aux hautes températures. Le foyer est entraíné en rotation au moyen de galets ou par chaíne et roue dentée.
Les déchets solides sont introduits au niveau de la façade par vis ou poussoir. C'est en façade également que sont injectés les effluents liquides et gazeux, ainsi que l'air de combustion.
La rotation régulière et continue du four entraíne la masse des déchets solides dès leur introduction et pendant la combustion dans un mouvement de retournement permanent, accompagné d'un brassage et d'un fractionnement de la masse qui permet d'exposer les déchets, renouvelés en permanence, au rayonnement du garnissage réfractaire et à l'air comburant dont dépend l'activation de la combustion.
Selon l'état de l'art, les dispositions concernant la mécanique du four rotatif et l'introduction des résidus sont connues et bien maítrisées. Il n'en est pas de même en ce qui concerne l'admission dans le four de l'air nécessaire à la combustion. Selon les techniques en application à ce jour, l'air est injecté au moyen de tubulures réparties en différents points de la façade. Selon cette façon de procéder, une grande partie de l'air ainsi introduit s'écoule axialement à travers le four sans participer à la combustion. Il s'ensuit une mauvaise utilisation en particulier de la première zone du four et la production d'imbrûlés gazeux, qu'il faut alors rebrûler dans une deuxième chambre fixe, dite de post-combustion, dont les performances risquent également d'être insuffisantes, les normes de rejets imposées devenant difficiles à satisfaire.
De même, le taux d'imbrûlés solides carbonés dans les scories est généralement supérieur aux limites admises, ce qui oblige à un retraitement onéreux des rejets solides.
Les avantages de l'invention seront mieux compris à la lumière des précisions ci-après.
La présente invention se rapporte à un dispositif d'injection de l'air comburant, ainsi que des autres fluides, qui conduit à une parfaite maítrise de l'aérodynamique interne du four, permet une répartition de l'oxygène de l'air au niveau de la charge en solides et pallie de ce fait les inconvénients et défauts des dispositifs connus, liés, comme indiqué ci-dessus, à une répartition aléatoire de l'air de combustion.
En application de l'invention, la combustion est complète à la sortie du four rotatif et la teneur en imbrûlés négligeable, tant dans les gaz que dans les scories.
Corrélativement, l'optimisation de la combustion dès l'entrée dans le four se traduit par une homogénéisation des températures, une meilleure utilisation du volume du four et donc un dimensionnement rationnel.
Le dispositif mis en oeuvre consiste en un organe multifluides, ci-après désigné combusteur, dont les caractéristiques géométriques et énergétiques ainsi que le positionnement sur la façade du four constituent la matière de l'invention.
Le combusteur se présente comme une canne d'injection à entrées multiples et flux parallèles, du type tubes dans tubes, qui reçoit séparément tous les fluides admis dans le four, à savoir : combustible de soutien liquide ou gazeux, effluents liquides, effluents gazeux, air d'atomisation et air de combustion, pour les injecter en un jet unique, à écoulement strictement axial dans le four. Les caractéristiques géométriques du combusteur sont dépendantes de celles du four rotatif; comme il sera précisé ci-après.
Selon le dispositif de l'invention, l'axe du combusteur est décalé par rapport à l'axe du four rotatif d'une distance fonction du diamètre du four et d'un angle lié à la vitesse de rotation.
Le dispositif associe une succession d'éléments dont la conjonction réalise la mise en oeuvre du procédé, comme indiqué sur les figures 1 et 2 annexées.
La figure 1 schématise le dispositif de l'invention en coupe longitudinale. Le four rotatif (1), incliné d'un angle α sur l'horizontale et de diamètre intérieur D, est alimenté en façade en solides à incinérer par la vis (2) et en fluides actifs par le combusteur (3). Il débouche à l'autre extrémité dans la post-combustion fixe (4). A l'amont les résidus solides (5) sont amenés dans un stockage (6), puis distribués par une vis de reprise sous trémie (7) vers la vis (2). Les effluents liquides (8) sont stockés dans la cuve (9), puis admis par pompage au combusteur (3). Le combusteur (3) reçoit également les fluides compressibles, tels que : air d'atomisation (10), effluents gazeux ou buées (11), air de combustion (12).
Les scories (13) sont recueillies sous la chambre de post-combustion (4) et les gaz de combustion (14) s'échappent à la partie supérieure vers le traitement des fumées.
La figure 2 schématise une vue de face, côté façade, du four rotatif (1). Elle précise la position du combusteur (3) et de la vis à solides (2), ainsi que le sens de rotation du four (1).
Selon les dispositions de l'invention, il existe une relation géométrique entre la position du combusteur (3) et le diamètre intérieur D du four rotatif (1), qui s'exprime par : H = 0,3 . D    où : H est la différence de hauteur entre les axes horizontaux du four (1) et du combusteur (3), comme indiqué sur les figures 1 et 2.
Selon l'invention, l'axe radial du combusteur (3) fait un angle β par rapport à la verticale, fonction de la vitesse de rotation du four (1). Pour les vitesses de rotation habituellement utilisées, cet angle est voisin de 20°. Une des caractéristiques du dispositif de l'invention est donc constituée par un angle β = 20°, les 20° étant comptés dans le sens direct, défini par le sens de rotation du four (1), comme précisé sur la figure 2.
Toujours selon l'invention, l'ensemble des fluides admis dans le four rotatif(1) est injecté via le seul combusteur (3), en flux axial pur, c'est à dire sans mise en rotation de l'un quelconque des fluides en cause et de façon que l'impulsion axiale G de l'ensemble du jet issu du combusteur (3), vérifie la condition : G ≥ 60 . W    où : W est la puissance thermique du four (1), exprimée en MW (mégawatts).
   G est le débit de quantité de mouvement axial ou poussée de réaction ou impulsion du combusteur, exprimé en Newton.
Cette dernière relation définit en fait les dimensions du combusteur (3) à mettre en oeuvre pour satisfaire à l'invention, les débits et pressions d'alimentation de chaque fluide étant fixés ou connus.
A titre d'exemple, le dispositif selon l'invention est mis en oeuvre pour l'élimination de résidus organiques provenant d'abattoirs et d'équarrissages. Les résidus en cause sont constitués par :
  • 950 Kg/h de farines animales, collectées en service public ou produites pour partie in situ.
  • 2500 Kg/h de buées de déshydratation provenant de cuiseurs à vapeur.
  • 400 Kg/h de déchets solides divers, tels que soies de porcs, sciures et emballages souillés, boues grasses d'épuration.
Le combustible d'appoint est constitué par les graisses animales à haut pouvoir calorifique, extraites au cours du processus d'élaboration des farines.
Les calculs thermiques conduisent à une puissance développée dans le four rotatif (1) de 6,8 MW et à un diamètre utile de 2100 mm.
Le combusteur (3) est alors positionné comme indiqué sur la figure 2, avec H = 630 mm et β = 20° C.
Le débit et la pression des fluides actifs sont :
  • Pour l'air de combustion (12) :  9000 Nm3/h à 600 mmCE.  (à 6 kPa)
  • Pour l'air d'atomisation (10) :  1500 Nm3/h à 700 mbars.  (à 70 kPa)
  • Pour les buées (11) :  2000 Nm3/h à 100 mmCE.  (à 1 kPa)
Les dimensions du combusteur (3) sont définies en conséquence.
Selon les impératifs de l'invention, la condition G≥ 60 W doit être remplie, soit : G ≥ 410 Newton.
Le calcul de G donne G = 435 N. Les dispositions retenues sont par conséquent conformes à celles requises par l'invention.
Le dispositif peut être utilisé pour d'autres applications qui ne sortent pas du cadre de l'invention. Ainsi il est possible, selon les dispositions de l'invention, de procéder à l'incinération de solides divers et broyés et introduits en continu dans un four rotatif. On peut citer, par exemple, les déchets hospitaliers, les refus de compost, les boues déshydratées, les emballages, etc...
A noter que le dispositif permet d'incinérer simultanément des effluents gazeux et liquides, certains de ces effluents à pouvoir calorifique appréciable pouvant servir d'apport énergétique de soutien.
L'application du dispositif au traitement restrictif de produits exclusivement gazeux et / ou liquides conduit à la mise en oeuvre simplifiée d'un combusteur (3) associé à un four (1) fixe et non rotatif sans sortir du cadre de l'invention, dès lors que la condition G ≥ 60 W est safisfaite. Dans ce cas particulier et en référence aux figures 1 et 2, les grandeurs H, β et α sont égales à zéro

Claims (5)

  1. Dispositif du type incinérateur à four (1) rotatif pour la destruction de résidus du type farines animales, graisses et buées de déshydratation, comprenant :
    Un combusteur (3) qui reçoit la totalité des fluides actifs, tels que : air d'atomisation (10), air de combustion (12), combustible de soutien éventuel, buées résiduaires (11), graisses et liquides résiduaires (8) et les transfert dans le four (1) rotatif, en un jet unique à écoulement strictement axial, parallèle à l'axe du four (1);
    caractérisé par
    Une vis (2) pour l'alimentation continue du four (1) en résidus solides broyés (5); et
    l'impulsion axiale G du combusteur (3), exprimée en Newton, qui est reliée à la puissance thermique W du four (1), exprimée en MW, par la condition G ≥ 60,W.
  2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le four est cylindrique et que la position du combusteur (3), définie par la hauteur H de son axe horizontal au-dessus de l'axe de rotation du four (1) de diamètre intérieur D, qui satisfait à la condition H = 0,3 D.
  3. Dispositif, selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'axe radial du combusteur (3) fait un angle β = 20° avec l'axe vertical, les dits axes par le centre de la façade du four (1).
  4. Dispositif du type incinérateur à four (1) fixe pour la destructione de résidus du type graisses et buées de déshydratation, caractérisé par un combusteur (3) qui reçoit la totalité des fluides actifs, tels que: air d'atomisation (10) , air de combustions (12), combustible de soutien éventuel, buées résiduaires (11), graisses et liquides résiduaires (8) et les transfert dans le four (1) fixe, en un jet unique à écoulement strictement axial, parallèle à un axe longitudinal du four (1), et par l'impulsion axiale G du combusteur (3), exprimée en Newton, qui est reliée à la puissance thermique W du four (1), exprimée en MW, par la condition G ≥ 60.W.
  5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'axe radial du combusteur (3) fait un angle β = 0° avec l'axe vertical, lesdits axes passant par le centre de la façade du four (1).
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